AGRO 4037 Fertilidad de Suelos y. 6- Fósforo

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1 AGRO 4037 Fertilidad de Suelos y Abonos 6- Fósforo 1 Objetivos 1. Describir el ciclo (modelo conceptual) de P en suelos 2. Identificar las reservas de P en suelos, sus transformaciones, y la magnitud y proporción relativa de las reservas. 3. Identificar las diferentes formas que se encuentra el P en suelos 4. Saber explicar la influencia de ph en la solubilidad de minerales fosfatados y en la distribución de P en solución. 5. Conocer la relación entre el ph, mineralogía, textura sobre la disponibilidad de P 6. Conocer las especies de P en solución y a que ph predominan. 7. Mencionar los factores que afectan la fijación de P en suelos. 8. Describir formas de manejar el fósforo para optimizar la utilización por la planta y disminuir las posibles pérdidas. 2 1

2 9. Saber cuales son las pruebas más comunes utilizadas en la determinación de P disponible en el suelo. 10. Conocer los principios envueltos en la determinación y las fracciónes de nutrimento extraídas. 11. Conocer las fuentes, análisis o grado, y fórmula química de los fertilizantes fosfatados mas importantes discutidos en clase. 12. Saber convertir de la forma oxidada a elemental para P (ej. P 2 O 5 <----> P). 13. Conocer los síntomas visuales generales asociados a deficiencias de P para los cultivos mas importantes discutidas en el laboratorio. 14. Conocer en detalle la importancia, metodología, e interpretación de análisis foliar para identificación de deficiencias nutricionales. 15. Mencionar prácticas de manejo para minimizar la contaminación de P a aguas subterraneas y superficiales. 16. Describir los factores del suelo y prácticas de manejo que afectan la retención y disponibilidad de P Ciclo de P Información general Segundo nutriente más deficiente en la producción de cosechas Elemento muy estable, lo cual implica una baja disponibilidad Análisis de P total en suelo puede variar entre y 0.15% La mayor disponibilidad estn asociados a suelos con mayor contenido de materia orgánica y suelos dominados por arcillas 2:1 Suelos del trópico húmedo tienden a tener menor cantidad de P disponible La concentración de P solución => ppm (mg/l) Concentración en la planta varía entre 0.1 y 0.5% Puede resultar en un problema ambiental 4 2

3 Modelo conceptual del ciclo de P Formas de P inorgánico en suelos 1. Apatitas 2. Fosfatos de Ca a. MCP b. DCPD b. DCP c. OCP d. TCP 3. Fosfatos Fe & Al 4. Fosfatos ocluidos (no se discutirá en gran detalle) 5. Fosfato adsorbido 6. Fosfato soluble (en solución) 6 3

4 Apatitas Minerales primarios Ca 10 (F, OH, Cl) 2 (PO 4 ) 6 = hidroxiapatita, fluorapatita, chlorapatita Son insolubles, pero la solubilidad es mayor en suelos ácidos Se meteorizan para formar otros minerales fosfatados Contienen Ca +2 Fuente de materia prima para abonos fosfatados Fosfatos de Ca - secundario Minerales secundarios En suelos calcáreos, son los minerales que se disuelven para resuplir P solución: monocalcio de fosfato, MCP, Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O(18 g/l) dicalcio de fosfato di-hidratado, DCPD, Ca 2 HPO 4 2H 2 O dicalcio de fosfato, DCP, Ca 2 HPO 4 (0.316 g/l) octacalcio de fosfato, OCP, Ca 4 H(PO 4 ) 3 2.5H 2 O tricalcio de fosfato, TCP, Ca 3 (PO 4 ) 2 (0.02 g/l) Concepto de P precipitado/p solución 8 4

5 Fosfatos de Fe y Al Minerales que se forman principalmente en suelos ácidos y son insolubles AlPO 4 2H 2 O varicita 4 2 FePO 4 2H 2 O strengita Su solubilidad depende del ph (aumenta con incremento en ph) Ej. de la solubilidad del mineral con ph del suelo FePO 4 2H 2 O + H 2 O < > H 2 PO 4- + H + + Fe(OH) Fosfato ocluido Non de gran importancia en suelos de sistemas agrícolas Compuestos de Fe-P y Al-P rodeados de revestimientos inerte de otro mineral (óxidos de Mn) que evita la reacción de P con la solución del suelo Es una fracción relativamente inactiva, se puede considerar inerte en suelo Esta forma de P se puede tornar disponible bajo condiciones reductoras 10 5

6 Fosfato adsorbido Como anión (H 2 PO 4- o HPO -2 4 ) el P está sujeto a fenómenos de adsorción e intercambio aniónico en suelos Od Orden de adsorción para aniones: H 2 PO 4- > SO -2 4 > NO 3- = Cl - Recordar el concepto de bordes rotos,materia orgánica y sesquióxidos Cargas positivas del complejo coloidal Protonación y desprotonación de grupos funcionales Es el mecanismo incial cuando se aplica P a suelos Ocurre cuando las concentraciones de P en suelo son relativamente "bajas" El P adsorbido se puede desorber cuando las condiciones son apropiadas 11 Ejemplo de mecanismos de adsorción 12 6

7 13 Ejemplo de como el ph afecta la disponibilidad (precipitación y adsorción) 14 7

8 Ejemplo de Concepto de capacidad amortiguadora Relación P adsorbido/p solución Rol de mineralogía en disponibilidad de P Rol de textura en disponibiidad de P

9 Fosfato en solución Mecanismo principal por el cual P es utilizado por la planta Recordar que el P se mueve en suelo por flujo masas y difusión (mas importante) Concentración en solución varía entre mg/l Plantas absorben en forma de H 2 PO 4- y HPO -2 4 La concentración de P en solución dependerá de la magnitud de las reservas de P adsorbido y precipitado Rol del ph en la distribución de P en solución es muy importante Especiación de P Solubilidad-precipitación Adsorción-desorción 17 Influencia de ph en la distribución de P en solución 18 9

10 19 Ejemplo de Diagrama de solubilidad ph del suelo versus concentración de P en solución [log (mol P/L)] Cada linea representa la unión de puntos Cada punto representa la concentración máxima de P en solución que permite el mineral (fase sólida) según el ph Sirve para explicar porqué la disponibilidad de P es afectada por el ph 20 10

11 P-orgánico La materia organica tiene aprox. 0.5% P La razón C:N:P suelo es aproximadamente 140:12:1.3 P-organico corresponde entre 20 y 50 % del P total en la capa arable Contenido total y la proporción orgánica disminuye con la profundidad del suelo Se considera que es la fuente principal de P para la agricultura sustentable Formas inositol de fosfato = 15 % ácidos nucleicos < 5 % fosfolípidos < 1 % desconocido < 50 %

12 Mineralización Los factores que afectan la mineralización de P son similar al ciclo de N El P se mineraliza a partir de la materia orgánica del suelo y de la descomposición de los residuos vegetativos El proceso aporta entre 4 20 lb P/acre/año. P-orgánico H 2 O/bacteria > P-inorgánico C:P < 200 en el residuo favorece la mineralización C:P > 300 en el residuo favorece la inmovilización Procesos de fijación: Factores que afectan fijación de P Suelos ácidos fijan mas P que suelos calcáreos Area superficial (tipo de arcillas y magnitud de la proporción de arcillas) disponible para reaccionar Tiempo de reacción: mientras mas tiempo el P esté en solución sin ser utilizado mayor la posibilidad de ser fijado Suelos con mayor contenido de materia orgánica retienen menos P (mas disponibles) Al añadir niveles bajos de P al suelo, adsorción es el mecanismo principal fijación Conforme se satura los sitios de adsorción ambos adsorción y precipitación predominan 24 12

13 Precipitación mediante iones de Fe y Al (suelos ácidos) y iones Ca (suelos calcáreos) Ca +2 + H 2 PO H 2 O CaHPO 4 2H 2 O + H Al(OH) 3 + H + + H 2 PO 4- AlPO 4 2H 2 O + H 2 O Fijación mediante óxidos hidratados, al reaccionar el ión fosfato con óxidos hidratados insoluble, como gibsita Al(OH) 2+ + H 2 PO > Al(OH) 2 H 2 PO

14 Adsorción directa del ión fosfato al complejo coloidal Suelo - 2OH + H 2 PO > suelo H 2 PO OH - En esta situación el anión P es susceptible de precipitarse con algún catión (Fe, Al, o Ca) Adsorción a través de un "puente" con un catión de intercambio Suelo-Ca + H 2 PO > suelo-ca H 2 PO

15 6-4. Pruebas de P en suelos La medida de P total no indica disponibilidad y no indica la cantidad absoluta disponible La prueba de P es una extraccion química de alguna forma de P en suelos El valor numerico no tiene significado a menos que este cuantitativamente relacionado con el nivel de produccion de un cultivo (crecimiento o respuesta) A medida que la cantidad de P en suelo extraíble aumenta la probabilidad bilid d a que haya una respuesta a la fertilización disminuye La prueba a utilizarse debe considerar el ph del suelo 29 Interpretación del análisis de suelos Concepto incorrecto de nutrientes disponibles como parte de fracciones discretas en el suelo No-disponible Disponible Concepto correcto de disponibilidad de nutrientes como un continuum en el suelo Aumento en disponibilidad A B C Extractante del Suelo 30 15

16 Suelos ácidos Bray-1 es una solución con una composición de N HCL NH 4 F Una extracción quimica, usualmente se añade 50 ml solucion a 10 g suelo, se agita, se obtiene el sobrenadante El P en solución (mg P/L) se mide por absorción atómica Se convierten el resultado a mg P/kg suelo 3NH 4 F + 3HCl + (Fe, Al - PO4) ---> (NH 4 ) 4 (Fe, Al)F 3 + H 3 PO 4 Reactivos precipitan el Fe y Al y H 2 PO 4 aumenta y representa la capacidad del suelo de suplir el P Suelos neutrales o calcáreos Prueba de Olsen-bicarbonato Es una solución con una composición de 0.5 M NaHCO 3, ph 8.5 Una extracción química (igual que el Bray 1) La reacción es: CaCO 3, Ca +2 + CO -2 3 NaHCO 3 Na + + HCO - 3 H + + CO -2 3 CaHPO 4 (disminuye) Ca +2 + HPO -2 4 Aumenta HCO 3-, causa que aumente CO -2 3, se precipita CaCOCO 3 y se reduceca +2 en solución Los minerales de Ca-P se disuelven para suplir Ca +2 a la solución y aumenta HPO -2 4 en solución Al igual que Bray-1 simula la capacidad del suelo a suplir P

17 Niveles de pruebas de P en suelo según Havlin et al. Categoría Bray-I Bray-II Olsen-bicarb Mehlich III muy bajo bajo 6 12 (<10) (<20) 4 7 (12) mediano 13-25* (10-20) (20-40) 8 14 (12-35) alto > 25 (>20) (>40) >15 (>35) > 30 ( ) valores aceptados en Puerto Rico nivel critico Los valores numéricos de las categorías pueden variar según los distintos suelos y cultivos

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19 Fuentes fosfóricas Introducción Roca fosfórica (de depositos sedimentrios) es la principal materia prima para la producción de fertilizantes fosfatados Existen yacimientos en África del Norte (Marruecos), China, Venezuela, Brazil, Perú (fosfatos de Ca, apatitas). En EEUU está el 17% de la producción: Florida, ID, NC, y TN La concentración total (P 2 O 5 ) de roca fosfórica es variable pero está alrededor del 32 %. La parte asimilable llega apenas al 10% P 2 O 5. Producción anual de 167 x 10 6 mton/año, con consumo en fertilizantes de 38 x 10 6 mton/año. Duración de las reservas en 93 años

20 Terminología de P en fertilizantes (El análisis solamente reporta la parte soluble) Contenido de P en fertilizantes de P - son siempre expresados como %P 2 O 5 %P 2 O 5 --> P = peso molecular P/peso molecular de P 2 O 5 = = 2(31) / 2(31) + 5(16) = P soluble en agua - cantidad de P que es soluble en agua P soluble en citrato - P insoluble en agua que disuelve en 1N citrato de amonio P insoluble en citrato - P insoluble en agua e insoluble en citrato Fertilizantes de P Nombre Formula química Concentración *Superfosfato sencillo simple, (SFS) Ca(H 2 PO4) 2 7CaSO CaO-12S *Superfosfato triple o concentrado (SFT) Ca(H 2 PO 4 ) CaO *Ácido fosfórico H 3 PO (14.44 lbs H 3 PO 4 /gal) = 1.72 g acido/cm 3 = 1.07 g P 2 O 5 /ml 40 20

21 Superfosfato simple Son gránulos contiene S Síntesis química (Ca 3 [PO 4 ] 2 ) 3 CaF 2 + 7H 2 SO 4 3Ca(H 2 PO 4 ) 2 7CaSO 4 +2HF 41 Disolución de gránulos de fertilizante-p 42 21

22 Superfosfato triple Es 98% soluble en agua Es una fuente mas económica que el superfosfato sencillo Muy común Síntesis química (Ca 3 [PO 4 ] 2 ) 3 CaF H 3 PO 4 + 9H 2 O 9Ca(H 2 PO 4 ) 2 + CaF Fertilizantes de P con otros elementos Nombre Fórmula química Concentración * fosfato monoamónico - MAP NH 4 H 2 PO *fosfato diamónico - DAP HPO 4 (NH4) *Fosfato monopotásico - MKP KH 2 PO fosfato de amonio-sulfato polifosfatos de amonio (PFA) NH 4 HP 2 O

23 MAP - gránulos, reacción fertilizante-suelo ph = 4.0; es bueno para suelos calcáreos DAP - gránulos, reacción fertilizante-suelo ph = 9.0; puede generar problemas transitorios, micronutrimentos PFA liquido de color verde; excelente fuente de P remplazando SPT en el mercado internacionali Porqué utilizar polifosfatos? Abono liquido, y se puede mezclar con otros líquidos. Efecto quelatante sobre metales (Mg, Fe, Al, Zn, Cu, Mn) Factores que afectan la retención y disponibilidad de P ph del suelo Tipos de arcilla Epoca de aplicación Compactacion / aireacion del suelo Temperatura / humedad Presencia de hidróxidos en el suelo Materia orgánica 46 23

24 6-8. Manejo de P en el suelo Tipo de suelo Oxisoles, Ultisoles, Inceptisoles, Molisoles Suelos donde se realizan aplicaciones de residuos organicos Reacción del suelo Para maximizar la eficiencia de la disponibilidad y utilización de P Mantener el ph del suelo alrededor de 6.5 Promover insumos de materia orgánica al suelo Aplicar el P en banda lateral al fondo o al lado del surco Aplicar P al lfondo del lhoyo Esperar mayor disponibilidad de P en suelos inundados parcialmente durante el año A medida que la fertilidad del suelo mejora, las ventajas de aplicación en banda disminuye pero el rendimiento mejora Problema ambiental de P y la agricultura Eutroficación - enriquecimiento acelerado de un cuerpo de agua que promueva una degradación en la calidad del sistema Suelos con alto contenido de P disponible pueden contribuir P a los cuerpos de agua, por escorrentía Mal manejo de fertilizante-p o residuos orgánicos 48 24

25 Estatus de calidad de agua en PR? 49 Resumen de concentraciones de P total en rios de PR ( ) Total P (mg/l) Añasco Yagüez Guanajibo Portugués Coamo Patillas Rivers Guayanés Guajataca Arecibo Manatí Loíza 50 25

26 Importancia del analisis de suelos Aplicacion de P a largo plazo causa acumulacion de P en suelos El aumento de P puede aumentar P en aguas superficiales Aplicacion de P puede basarse en: Analisis de suelos (STP) Niveles criticos ambientales P index 51 El analisis de suelo no funciona cuando hay residuos organicos en la superficie 52 26

27 Distribución de frecuencias para P (Bray< 7.3; Olsen >7.3) xtraíble (ppm) P e Bray1 Olsen 53 Status de P en suelos donde se aplican fertilizantes Frecuencia relativa (%) Bray1 (ppm) Frecuencia relativa (%) Olsen (ppm) < > 197 Bajo Mediano Alto Muy Excesivo alto Categoría 5 0 < > 179 Bajo Mediano Alto Muy Excesivo Categoría alto 54 27

28 Perdidas de lluvia bajo condiciones de simulacion de lluvia Site Alzamora day 1 Site Corozal Alzamora Inorganic day 2 P Site Corozal Organic P 3.0 DP (mg L -1 ) Olsen P (mg kg -1 ) 55 Niveles críticos ambientales de P en suelos Suelo (Amend cond.) Olsen (mg kg -1 ) Nivel crítico Bray I (mg kg -1 ) Ultisol (enmienda orgánca) Ultisol (enmienda inorgánica) Ultisol-Oxisol (enmienda inorgánica)