NUEVAS TECNOLOGÍAS EN FERTILIZACIÓN PARA EL RESPETO DEL MEDIO AMBIENTE

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1 NUEVAS TECNOLOGÍAS EN FERTILIZACIÓN PARA EL RESPETO DEL MEDIO AMBIENTE RESUMEN Los nuevos sistemas de producción agrarios, más respetuosos con el medio ambiente y con una menor utilización de productos químicos, necesitan tecnologías innovadoras que permitan asegurar los rendimientos y la calidad de los productos agrícolas, a la vez que minimizan los efectos negativos sobre el medio ambiente. Son diversos los problemas de contaminación difusa derivados de la fertilización de los cultivos, el más importante posiblemente sea la contaminación de las aguas por nitratos. En este sentido, los fertilizantes que en su composición llevan el nuevo inhibidor de la nitrificación 3,4-dimetilpirazol fosfato (DMPP, ENTEC ) pueden contribuir de manera muy positiva a disminuir la contaminación de las aguas por nitratos, así como a simplificar las prácticas de fertilización y disminuir el contenido en nitratos en los frutos. Los fertilizantes de liberación lenta, debido a una liberación progresiva de los nutrientes a medida que el cultivo los necesita, también contribuyen a la disminución de pérdidas de nutrientes y tienen un menor efecto salinizante que permite que se puedan aportar mayores cantidades de nutrientes en fondo, lo que se traduce en un ahorro de trabajo, tiempo y energía. 1. INTRODUCCIÓN La contaminación de las aguas superficiales y profundas por NO - 3 es uno de los problemas medio ambientales más criticados a la agricultura intensiva actual. La aplicación de fertilizantes nitrogenados, minerales u orgánicos, de forma generalizada y discriminada origina una contaminación difusa de las aguas superficiales y subterráneas. El consumo de agua y alimentos con elevados contenidos en nitratos (superior a 50 ppm de NO - 3 según la OMS en el caso de las aguas) puede conllevar a una serie de problemas de salud no deseados y por todos conocidos. Existen también otros problemas medio ambientales relacionados con la aportación de N a los cultivos: eutrofización de las aguas, emisión de óxidos de N a la atmósfera y acumulación de NO - 3 en los productos de consumo. Como se puede comprobar todos los problemas derivados de la fertilización N aparecen cuando el N se presenta en forma de NO - 3. Pero no solamente los problemas tienen una componente medio ambiental. Las pérdidas económicas originadas por un mal uso de un insumo tan importante en la producción agraria como los fertilizantes N pueden ser elevadas, sobretodo en cultivos donde la fertilización N representa un porcentaje importante de los costes directos de producción. Además, una baja eficiencia en el uso del N puede influir negativamente sobre los rendimientos y calidad de los cultivos. Esta preocupación generalizada por la contaminación de las aguas por nitratos procedentes de la fertilización ha sido recogida en diferentes normativas comunitarias, estatales y autonómicas. La Directiva decretada por la Comunidad Europea (91/676/CEE) fue la pionera en este sentido. Esta normativa ha obligado a los estados miembros declarar las zonas de su territorio vulnerables a la contaminación por NO 3 -, a establecer un Código de Buenas Prácticas Agrarias en relación con el N, y unos programas de actuación de obligado cumplimiento en las zonas vulnerables.

2 La industria de los fertilizantes, adaptándose a estas nuevas tendencias en fertilización, ha realizado un importante esfuerzo para la creación de fertilizantes especiales que contribuyan a incrementar la eficiencia de utilización de los nutrientes por los cultivos. Con este tipo de fertilizantes se pretende ajustar la liberación de elementos nutritivos a las necesidades de los cultivos, de manera que éstos los puedan aprovechar en mayor cantidad y se disminuyan las pérdidas por lixiviación o por emisión de óxidos de N a la atmósfera. Dentro de la gama de fertilizantes especiales, cabe destacar los fertilizantes de liberación lenta (recubiertos y con mecanismos químicos de hidrólisis de moléculas orgánicas) y los fertilizantes estabilizados (con inhibidores de la nitrificación y de la ureasa). Otro tipo de fertilizantes, que normalmente no se incluyen dentro de fertilizantes especiales, son los fertilizantes naturales elaborados sin ningún proceso de síntesis química y, por tanto, con bajo impacto ambiental en su fabricación. La Producción Integrada (PI), como sistema de producción respetuoso con el medio ambiente y la salud humana, promueve una restricción en el uso de productos químicos, tanto fitosanitarios como fertilizantes. Así, en el caso del N, las diversas normativas de PI limitan la cantidad máxima a aplicar por cultivo. La utilización de fertilizantes que incrementan la eficiencia en el uso del N puede ser una solución muy interesante para asegurar los rendimientos y, a la vez, realizar una agricultura más respetuosa con el medio ambiente y obtener cosechas de mayor calidad. 2. FERTILIZANTES CON INHIBIDORES DE LA NITRIFICACIÓN Los inhibidores de la nitrificación (INs) son compuestos que retrasan la oxidación bacteriana del NH 4 + a NO 2 - en el suelo durante un cierto periodo de tiempo (primer paso de la nitrificación), mediante la inhibición de las bacterias Nitrosomonas. Normalmente los INs no tienen influencia en el segundo paso de la nitrificación (Zerulla et al., 2001). Los INs pueden añadirse tanto a fertilizantes sólidos granulados, como a fertilizantes líquidos y purines. Este tipo de fertilizantes son habitualmente conocidos bajo el nombre de fertilizantes estabilizados. La incorporación de INs a las prácticas de fertilización de los cultivos provoca que el N en el suelo permanezca en forma NH 4 + durante un cierto periodo de tiempo. El NH 4 +, debido a su carga, queda fijado en el complejo arcillo-húmico del suelo y se evitan las pérdidas de N por NO 3 -, altamente solubles en la solución del suelo y susceptibles a pérdidas por percolación en profundidad, contaminando las aguas subterráneas. De forma natural, las plantas absorben el N mayoritariamente en forma nítrica, la más abundante en el suelo debido a la nitrificación. La utilización de inhibidores de la nitrificación provoca un incremento apreciable de los contenidos de NH + 4 en el suelo, disponibles para ser absorbidos por los cultivos junto con los NO - 3. Mayores tasas de crecimiento y rendimientos se obtienen por un suministro combinado de - ambas formas de N, NO 3 y NH + 4 (Marschner, 1995; Barber et al., 1992; Smiciklas y Below, 1992; Teyker y Hobbs, 1992; Glasscock et al., 1995; Adriaanse y Human, 1991; Adriaanse y Human, 1993; Goos et al., 1999; Sattelmacher y Gerendás, 1999). Las razones que pueden explicar este hecho son las siguientes: La absorción de amonio requiere menos energía que la absorción de nitrato. Se produce un ahorro energético en el interior de la planta ya que no es necesaria la reducción del NO 3 -. El amonio promueve la síntesis de fitohormonas (giberalinas y citoquininas) y poliaminas (sustancias mensajeras en la iniciación floral de las plantas) (Marschner, 1995).

3 La absorción de NH 4 + produce una bajada del ph de la zona radicular lo que puede ayudar a la absorción de otros nutrientes. Menor acumulación de NO 3 - en las plantas. La incorporación de NH 4 + a la nutrición de los cultivos con el uso de INs se conoce comúnmente con el nombre Enhanced Ammonium Nutrition (EAN) o Enhanced Ammonium Supply (EAS) (Ball-Coelho y Roy, 1999). Teniendo en cuenta que los NO 3 - son la principal fuente de procesos de pérdidas de N (lixiviación y desnitrificación), los inhibidores de la nitrificación pueden contribuir a reducir los problemas medio ambientales mediante un incremento de la eficiencia en el uso del N. Las ventajas prácticas de los inhibidores de la nitrificación para la agricultura, así como para el medio ambiente, son (Zerulla et al., 2001): Significativa reducción del riesgo de pérdidas de lixiviación por NO 3 -. Disminución de la emisión de óxidos de N la atmósfera. Menos pérdidas de N y una nutrición amoniacal temporal, a menudo provoca un incremento en los rendimientos de los cultivos. Reducción de la carga de trabajo de los agricultores debido a un periodo de aplicación de los fertilizantes más flexible, y la posibilidad de reducir aplicaciones. Disminución de la acumulación de NO3- en plantas. Son muchos los compuestos conocidos que tienen capacidad de inhibir la nitrificación del suelo, pero por razones de baja efectividad, excesivo coste, problemas fitotóxicos o razones medio ambientales, solamente dos de estos compuestos han tenido una cierta presencia en el mercado de fertilizantes: Diciandiamida (DCD), comercializada en Europa, y Nitrapirina (NI), comercializada en EEUU. Ambos compuestos presentan una serie de desventajas (tabla 1) que han hecho que BASF haya desarrollado un nuevo y revolucionario inhibidor de la nitrificación. TABLA 1. Desventajas de los actuales Inhibidores de la Nitrificación (Zerulla et al., 2001; Trenkel, 1997) Diciandimida (DCD) Nitrapirina (NI) Demasiado caro para un Alta presión de vapor que uso generalizado en evita su incorporación a agricultura fertilizantes sólidos. Altas dosis de aplicación Sensible a altas para conseguir una temperaturas inhibición idónea Corrosivo y explosivo Debido a su elevada Ciertos problemas solubilidad, es propenso a toxicológicos su translocación en el Pertenece al grupo de los perfil del suelo. organoclorados, lo que Posibles problemas provoca una fuerte fitotóxicos. oposición para su uso En el marco de un proyecto de desarrollo de nuevos fertilizantes ecoeficientes, diversos departamentos de desarrollo de BASF y diferentes universidades y centros de investigación de Alemania, han desarrollado un nuevo inhibidor de la nitrificación más eficaz que los existentes hasta el momento: 3,4-Dimetilpirazol fosfato (abreviado DMPP; nombre comercial ENTEC ) (figura 1).

4 Las ventajas que presenta el DMPP respecto a la DCD y NI son las siguientes: DMPP es efectivo a bajas dosis: 0,5-1,5 kg DMPP ha-1. Con una dosis 10 veces inferior a la recomendada con DCD, se obtiene un efecto inhibidor superior. El riesgo de lixiviación del DMPP parece ser muy bajo. En un ensayo realizado durante 3 años en lisímetros en el centro de investigación Jülich (Alemania), no se encontró DMPP en el lixiviado por encima del límite de detección, 0,5 mg l -1 (Fettweis et al., 2001). El DMPP ofrece una mayor protección contra el riesgo de lixiviación que el DCD según apuntan algunos de los estudios realizados, tanto en condiciones controladas como de campo. Aunque el DMPP se aplique a una dosis 10 veces inferior al DCD, los resultados de un experimento de 3 años claramente muestran como el DMPP disminuye la cantidad de N 2 O liberado un 49 % de media respecto al control, mientras que DCD reduce las emisiones solamente un 26 % (Weiske et al., 2001). La duración de su efecto depende de las condiciones climáticas, edafológicas y del cultivo, pero se asegura una inhibición de la nitrificación de entre 4 y 10 semanas. El DMPP es formulado en fertilizantes granulados (con diámetro entre 3-3,6 mm) nitrogenados (SA o NSA), o complejos. También es incorporado a fertilizantes líquidos y purines. FIGURA 1. Estructura química, propiedades físicas y químicas del 3,4-Dimetilpirazol fosfato (DMPP) (Adaptado de Zerulla et al., 2001) Una parte importante del presupuesto para el desarrollo y evaluación del DMPP fue destinado a los estudios toxicológicos y ecotoxicológicos. Los resultados de estos estudios han demostrado que el DMPP es absolutamente inocuo para el hombre y el medio ambiente, y no interfiere en los procesos microbiológicos habituales del suelo. Esto, junto con los buenos resultados en experimentación, ha originado que los fertilizantes que contienen DMPP estén registrados en las diversas legislaciones de fertilizantes en Europa. En España, la orden del 2 de noviembre de 1999 por la que se modifica la Orden de 28 de mayo de 1998, sobre fertilizantes y afines, ya los incluye. Los ensayos realizados en Europa con el nuevo DMPP durante el desarrollo y evaluación del producto han quedado publicados en un monográfico especial sobre el DMPP de la revista Biology and Fertility of Soils (Volumen 34 de agosto del 2001). En España también ha habido una intensa investigación con el nuevo inhibidor desde su aparición en el año La exposición de los resultados obtenidos durante este periodo excede los objetivos de este artículo, por lo que se remite al lector interesado a la consulta de la bibliografía citada. Cabe citar que en la actualidad la investigación con DMPP en España continua de forma importante,

5 tanto en cultivos intensivos (hortícolas y frutales) como en extensivos (cereales, remolacha, maíz, patata,...). A modo de resumen, se puede destacar de los resultados obtenidos con una fertilización a base de fertilizantes con DMPP que es posible una disminución del número de aplicaciones de fertilizantes, siendo posible en muchos cultivos hacer una única aplicación antes de la siembra con rendimientos similares a los de una fertilización convencional con varias aportaciones (figura 2). Otro hecho muy destacable es que con el DMPP se consigue una significativa reducción de las pérdidas de N, ya sea por lixiviación de NO - 3 o por emisión de óxidos de N a la atmósfera (figura 3). Finalmente, también cabe destacar la disminución del contenido de NO - 3 en los frutos cuando son fertilizados con fertilizantes con DMPP. FIGURA 2. Rendimiento comercial de coliflor (n=6) después de una fertilización a base de DMPP (Adaptado de Pasda et al., 2001)

6 FIGURA 3. Pérdidas de NO 3 - por lixiviación en un ensayo en espinaca (a) (Zerulla et al., 2001) y emisión de gases N a la atmósfera (b) (Weiske et al., 2001) con la utilización del DMPP como inhibidor de la nitrificación 3. FERTILIZANTES DE LIBERACIÓN LENTA Los fertilizantes de liberación lenta o controlada son fertilizantes que contienen nutrientes para las plantas en una forma tal que retrasa su disponibilidad después de la aplicación, y la ajusta a las necesidades de las plantas. Los dos grupos más importantes de fertilizantes de liberación lenta, de acuerdo con su proceso de fabricación son: 1. Productos derivados de la condensación de la urea o urea-aldehído. Son fertilizantes que tienen una fracción de N en forma de liberación lenta debido a un mecanismo químico de hidrólisis de macromoléculas orgánicas. 2. Fertilizantes recubiertos o encapsulados. En este caso los nutrientes están introducidos en el interior de una cubierta que hace de barrera física en la liberación de nutrientes. Los fertilizantes de liberación lenta ofrecen una serie de importantes ventajas respecto a los fertilizantes convencionales (Trenkel, 1997): Reducción de la toxicidad causada por las elevadas concentraciones de iones derivadas de la rápida disolución de los fertilizantes convencionales (disminución del riesgo de necrosis producidos por un elevado contenido en sales), lo que también permite la localización del abono más cerca de las raíces.

7 Disminución de la cantidad de trabajo destinado a realizar la fertilización, ya que se puede aportar una determinada cantidad de N con menos distribuciones que utilizando fertilizantes convencionales. Reducen significativamente las posibles pérdidas de nutrientes, especialmente el N nítrico, entre la aplicación del fertilizante y la absorción por las plantas, debido a una liberación gradual de los nutrientes a medida que la planta los necesita (Martin Petrovic, 1990; Raigon et al., 1996; Cadahía, et al., 1993). La mejora de la eficiencia en la utilización del N mediante la utilización de fertilizantes de liberación puede, conducir en muchas ocasiones a un incremento del rendimiento de los cultivos (Cadahía, et al., 1993; Raigon et al., 1990; Trenkel, 1997). 3.1 Fertilizantes de liberación lenta propiamente dichos (productos derivados de la condensación de la urea o urea-aldehído). Existen en la actualidad tres grandes grupos de productos considerados como fertilizantes de liberación lenta: urea formaldehído (UF), isobutilidendiurea (IBDU, Isodur ) y crotonilidendiurea (CDU, Crotodur ). El primer producto de estas características patentado fue la UF en 1924 por la empresa BASF. La UF resulta de la reacción entre la urea y el formaldehído en unas condiciones concretas, obteniendo una mezcla de metilenureas con cadenas de diferente longitud. La longitud de estas cadenas es el factor que determina la disponibilidad del N para las plantas de las metilenureas, así contra más larga sea la cadena más lentamente se libera el N. Uno de los principales problemas de la fabricación de fertilizantes con UF es la dificultad de obtener la longitud de las cadenas deseadas. Para saber la disponibilidad del N de la UF se utiliza el Índice de Actividad (IA), y la divide en tres fracciones (I, II y III) en función de la longitud de sus cadenas. De esta manera, la fracción I (cadenas cortas) se considera N disponible para las plantas de forma bastante rápida, la fracción II es el N realmente de liberación lenta, y la fracción III se considera N no disponible. Siendo el IA la relación entre la fracción II y la suma de las fracciones II y III, contra más alto sea el valor de este índice más N de liberación lenta tiene el fertilizante. Los fertilizantes a base de UF suelen tener un IA comprendido entre 40 y 60, y un contenido en N alrededor de 35 %. Este es otro de los grandes inconvenientes de este tipo de fertilizantes: un bajo IA provoca que la cantidad de N de liberación lenta propiamente dicho sea significativamente inferior a los nuevos fertilizantes de liberación lenta. A diferencia de la UF, los fertilizantes a base de isobutilidendiurea (IBDU ), obtenida como reacción entre la urea y el isobutilaldehído, presentan un IA del 99 % y un contenido en N alrededor del 32 %. Así los fertilizantes con IBDU (comercializados en España bajo el nombre Floranid ) tienen un contenido en N de liberación lenta (fracción II) muy superior a aquellos que contienen UF. La IBDU se hidroliza en el suelo de forma gradual durante aproximadamente 3 meses formando urea, que posteriormente se transformará en las formas de N absorbibles por los cultivos. Otro de los compuestos de liberación lenta obtenido posteriormente a la UF es la crotonilidendiurea (CDU ), formado por la reacción entre el aldehído crotónico y la urea. Se descompone en los suelos por hidrólisis y por la actividad bacteriana y presenta una liberación de nutrientes más lenta que la IBDU, y un IA del 99,8%. Lo explicado hasta el momento puede hacer comprender que los fertilizantes con IBDU son idóneos para la fertilización de fondo de cultivos hortícolas, para el abonado post-cosecha de frutales y viña, y para la fertilización de céspedes, viveros y cultivos ornamentales. Una ostensible mejora de la eficiencia en el uso de los

8 nutrientes respecto a los fertilizantes convencionales debido a la liberación gradual de los nutrientes a medida que la planta los necesita, los hace idóneos para su utilización en Producción Integrada, y para la producción hortícola intensiva en general. La utilización de fertilizantes de liberación lenta que contienen IBDU y CDU pueden contribuir de manera muy beneficiosa a disminuir las pérdidas de NO 3 - por lixiviación y evitar así la contaminación de las aguas subterráneas, normalmente muy castigadas en las zonas de producción hortícola intensiva donde se aplican grandes cantidades de nutrientes y, por tanto, las pérdidas también son muy grandes. Esto puede originar, al mismo tiempo, una mejora de los rendimientos de los cultivos al haber más N disponible en el suelo. Como ejemplo, Cadahía et al. (1993) demuestran como la utilización de un fertilizante a base de IBDU como fertilización de fondo en fresa (Fragaria ananassa, cv. Chandler) origina un incremento significativo del rendimiento respecto a un fertilizante convencional. 3.2 Fertilizantes recubiertos o encapsulados Los fertilizantes recubiertos son fertilizantes que contienen macro y micronutrientes en una forma rápidamente disponible a los que se les aplica una cubierta protectora que impide esta rápida disponibilidad de los nutrientes. Las características de la cubierta (material, grosor, porosidad,...) es el factor que determina el patrón de liberación de los nutrientes. Un fertilizante recubierto ideal tendría que disponer de una cubierta que permitiera la entrada de agua por sus poros para disolver los nutrientes formando una solución nutritiva concentrada, para posteriormente iniciar la liberación de los nutrientes. Esta cubierta también tiene que tener una gran resistencia para evitar roturas, y con un espesor regular para obtener una liberación de los nutrientes uniforme. Normalmente, los fertilizantes recubiertos se agrupan en tres grandes tipos, en función del material de recubrimiento (Trenkel, 1997; Jimenez, 1992): (1) urea recubierta de azufre; (2) fertilizantes recubiertos con materiales poliméricos; (3) o una mezcla de los dos anteriores. Es muy habitual en el mercado de los fertilizantes recubiertos la comercialización de mezclas de fertilizantes recubiertos con fertilizantes iguales sin recubrir. Esto se hace para disminuir los costes y para aquellos cultivos que no necesitan un control tan estricto en la liberación de los nutrientes, y de esta manera se disponen de dos mecanismos diferentes de liberación de nutrientes. Los materiales poliméricos utilizados para el recubrimiento de fertilizantes, así como la tecnología de recubrimiento, pueden ser muy diversos y provocar diferencias apreciables en la liberación de los nutrientes. Los fertilizantes recubiertos a base de Poligen (comercializados en España bajo los nombre Basacote Plus y Nitrofoska Top), material fabricado a base de ceras elásticas, presentan una cubierta de gran resistencia mecánica, gran elasticidad y un espesor regular, que provocan un patrón de liberación de nutrientes preciso y conocido. Además estos fertilizantes se fabrican con abonos NPK especiales, con una elevada solubilidad del grano, con Mg, S y miconutrientes, y sin Cl. Por todas estas características son ideales tanto para la fertilización de fondo de hortalizas y de post-cosecha en frutales y viña, como para la fertilización de plantas de contenedor.

9 4. FERTILIZANTES NATURALES Los fertilizantes naturales, comercializados por la empresa K+S, son productos que para su fabricación no han sufrido ningún proceso químico de síntesis y solamente han sido elaborados a través de procesos físicos. Esta característica los hace aptos para su uso en agricultura ecológica y, por tanto, ideales también en el marco de la Producción Integrada. Por medio de métodos físicos (separación electrostática, disolución, flotación y recristalización) los depósitos de sal de las minas de K+S serán transformados en los distintos abonos de fósforo, potasio, magnesio y azufre. El órgano regulador de la UE sobre la producción ecológica permite el empleo de los siguientes fertilizantes minerales de origen natural (ver tabla 1): Sal potásica cruda (Magnesia-Kainit ). Sulfato de potasio que puede contener sulfato de magnesio, procedente de procesos de extracción física (Sulfato de potasio, Hortisul, Patentkali ). Sulfato de Magnesio producido de depósitos de sal natural (Kieserita, Epsonita). Fosfato natural blando (Patent-PK). TABLA 1. Composición de los fertilizantes naturales K+S aptos para la Agricultura ecológica y Producción Integrada Producto P 2 O 5 (%) K 2 O (%) MgO (%) SO 3 (%) Na (%) Cao (%) Sulfato de potasa Hortisul Patentkali ,5 - - ESTA Kieserita Epsonita ,5 - - Magnesia-Kainit Patent-PK ,5-8 La importancia de la nutrición de los cultivos con P, K, Mg y S hace que la utilización de fertilizantes minerales naturales en producción ecológica sea una práctica interesante en combinación con otros fertilizantes orgánicos en muchas ocasiones deficientes en estos nutrientes. Esta deficiencia provoca que si se utiliza el criterio potasio, por ejemplo, para ajustar la dosis de fertilizante, la dosis de N aplicada sería excesiva, pudiendo originar los problemas de contaminación de aguas ya comentados. También pueden contribuir a una simplificación de las prácticas de fertilización a veces complicadas a base de fertilizantes orgánicos, y a una disminución de los costes de fertilización.