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classificação, aplicação, uso, produção
Tipologia: Notas de estudo
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UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola de Química – Departamento de Processos Inorgânicos Disciplina: EQI 471 – Processos Inorgânicos Professora: Mariana de Mattos Vieira Mello Souza
Gabrielle Machado – DRE Izabella Almirante Porto Tiburcio Rodrigues – DRE 110184051 Roberta Vianna – DRE 113103313
1. Introdução Os fertilizantes são compostos utilizados para repor, no solo, os nutrientes essenciais para o desenvolvimento vegetal que são removidos pelas plantas. Funcionam também como um suplemento, tornando o solo mais produtivo, corrigindo sua fertilidade natural e sendo amplamente utilizado na agricultura com o intuito de melhorar a produção. O fertilizante é considerado um insumo agrícola de baixo valor agregado e sua produção é feita em larga escala. Os fertilizantes são definidos pela legislação brasileira como “substâncias minerais ou orgânicas, naturais ou sintéticas, fornecedoras de um ou mais nutrientes das plantas” (Decreto 86.955, de 18 de fevereiro de 1982). Dentre os tipos de fertilizantes, sendo eles orgânicos e inorgânicos, os fertilizantes mais utilizados são à base de Nitrogênio, Fósforo e Potássio. Cada um desses elementos age de forma muito importante no desenvolvimento da planta. O uso de fertilizantes é de suma importância para a agricultura, pois sem eles, não seria possível produzir a grande demanda de alimentos necessária para abastecer a população mundial. Além do aumento na produção, os fertilizantes melhoram a qualidade dos alimentos devido ao aumento no teor de proteínas e minerais e também reduzem os problemas de erosão do solo, pois as áreas de cultivo se concentram em solos de melhor qualidade. Apesar dos benefícios, os fertilizantes inorgânicos trazem problemas ao meio ambiente, como a contaminação de lençóis freáticos, rios e lagos. Muitos fertilizantes trazem em sua composição poluentes, como dioxinas e metais pesados, que podem contaminar plantas e animais que vivem na água. A contaminação da água também pode levar à sua eutrofização, através da contaminação da água por compostos nitrogenados ou fosfatados. Esses compostos quando chegam aos rios ou lagos, promovem o crescimento e o aumento do número de algas, acarretando em uma diminuição do oxigênio na água, levando vários organismos à morte. Além desses impactos, a maioria dos fertilizantes nitrogenados acidifica o solo. Porém, esse efeito pode ser corrigido com a aplicação de calcário no solo.
ser absorvido pelas plantas ele precisa passar por uma redução de Fe3+^ para Fe2+. Alguns sintomas podem indicar a deficiência de ferro, como a presença do verde muito claro nas folhas, com estreita faixa verde ao redor das nervuras, inicialmente nas folhas mais novas. Folhas com aparência de vidro, transparentes, quebradiças e retorcidas
folhas, podendo chegar ao desfolhamento total. 2.1.2 Zinco O zinco é componente comum das rochas ígneas e sua presença no solo não está diretamente relacionada à sua disponibilidade para as plantas. Sua disponibilidade é afetada pelo pH do solo, sendo mais disponível em solos mais ácidos. O zinco é fundamental para a síntese das proteínas, desenvolvimento das partes florais, produção de grãos e sementes e maturação das plantas. Participa da síntese do aminoácido triptofano, componente do hormônio do crescimento. A deficiência de zinco afeta o crescimento dos ramos e das folhas, resultando em plantas menores, raquíticas, com formação de internódios curtos e aparecimento de folhas miúdas na extremidade dos ramos. 2.1.3 Molibdênio O molibdênio é originário da decomposição das rochas e sua maior parte está presente no solo em formas oclusas, retida no interior de estruturas minerais. O intemperismo desses minerais libera íons molibdato, cuja solubilidade aumenta em condições alcalinas, ou seja, ao contrário de alguns micronutrientes como o Fe, Mn, Cu e Zn, a disponibilidade do Molibdênio aumenta com o aumento do pH do solo. Atua na atividade respiratória e influencia na fixação e no metabolismo do nitrogênio na planta. O excesso de molibdênio pode ser tóxico para os animais e para as sementes em germinação prejudicando a absorção e translocação de ferro pela planta. Sintomas de deficiência são aparecimento de folhas com tamanho reduzido e deformações devido a morte de algumas das células do parênquima, além do amarelamento das folhas mais velhas com possíveis necroses nas pontas das folhas, que podem provocar sua queda prematura.
2.1.4 Boro O boro está presente em diversos minerais, na forma de boratos ou borossilicatos. Pode ser absorvido pelas plantas na forma de ácido bórico (H 3 BO 3 ) ou borato (BO 3 -^3 ), tanto por via radicular (raízes) como foliar (folhas). Atua no metabolismo de carboidratos, no transporte de açúcares através de membranas, na formação da parede celular, na divisão celular e no movimento da seiva. Plantas deficientes em boro podem apresentar redução do crescimento e deformações nas zonas de crescimento, diminuição da superfície foliar (folhas jovens deformadas, espeças, quebradiças e pequenas), acúmulo de compostos nitrogenados nas partes mais velhas e crescimento reduzido das raízes. As plantas apresentam diminuição da concentração de clorofila, diminuição da resistência às infecções e diminuição da atividade das enzimas oxidantes. 2.1.5 Manganês O manganês é mais comumente encontrado no solo no formato de óxidos e sulfetos. Sua disponibilidade depende da combinação de diversos fatores como pH, condições de oxirredução, teor de matéria orgânica e do equilíbrio com outros elementos, como o Fe e Ca. Lembrando que valores baixos de pH favorecem a redução, enquanto valores altos favorecem a oxidação. A forma iônica absorvida pelas plantas é Mn2+. O manganês atua no desenvolvimento das raízes e é essencial na síntese da clorofila, participando do metabolismo energético. Sua deficiência pode levar à diminuição da fotossíntese, redução no crescimento das raízes, aparecimento de manchas necróticas nas folhas e, consequentemente, queda da produtividade. 2.1.6 Cobre Ocorre associado ao enxofre na forma de sulfetos. A forma iônica absorvida pelas plantas é Cu2+. Tem papel importante na fotossíntese, respiração, redução e fixação de nitrogênio que ocorre no interior dos nódulos nas raízes de leguminosas. Os sintomas de deficiência ocorrem nas folhas novas, que permanecem alongadas, deformadas e com as margens cloróticas voltadas para baixo. 2.1.7 Cloro O cloro, assim como o boro, é um micronutriente de maior solubilidade. Cloretos
(fotossíntese) e é componente das vitaminas (biotina, tiamina, niacina, riboflavina e etc), além de atuar na produção e uso de carboidratos. A deficiência de nitrogênio pode ser observada pela coloração verde pálida ou amarelada nas folhas, principalmente nas mais velhas e em casos mais graves, as plantas apresentam uma coloração marrom em suas folhas, como se estivessem queimadas, que vai se alastrando pelas folhas. Além disso, a insuficiência de nitrogênio pode inibir o crescimento das raízes e da planta, reduzir a produtividade de grãos e prejudicar o crescimento dos frutos. A quantidade de nitrogênio recuperada nas culturas varia entre 50 e 70% e, em relação às perdas dos nutrientes aplicados ao solo, as possíveis perdas de nitrogênio se devem a: Perdas por erosão, por estar preso a sedimentos; Perdas de nitratos na solução do solo (por lixiviação ou percolação); Volatilização de amônia em solos alcalinos; Desnitrificação, produzindo N 2 a partir de nitratos em condições onde o oxigênio é insuficiente, como em solos alagados; Remoção pelas colheitas. b. Fósforo Dos macronutrientes primários, o fósforo é absorvido em menores quantidades que os demais, entretanto sua presença no solo é indispensável para o crescimento e produção vegetal. O fósforo é absorvido pelas plantas sob a forma de ânions H 2 PO 4 -^ e HPO 42 -^ e é um nutriente altamente dependente da acidez e umidade do solo. O pH ideal para a disponibilidade de fósforo às plantas está entre 6,0 e 6,5. O fósforo interfere nos processos de fotossíntese, respiração, armazenamento e transferência de energia, divisão celular, crescimento das células. Contribui para o crescimento prematuro das raízes, estimula e acelera o crescimento de frutas e sementes. Por interferir em vários processos vitais das plantas, deve haver um suprimento adequado de fósforo desde a germinação, principalmente em plantas de ciclo curto. O fósforo, na planta, apresenta uma grande mobilidade. As plantas quando jovens absorvem maiores quantidades de fósforo ocorrendo um crescimento rápido e intenso das raízes em ambientes com níveis adequados do nutriente. Os fosfatos adicionados se convertem rapidamente nas formas insolúveis, não
podendo ser utilizadas pelos vegetais, exceto quando o intemperismo é muito lento; a eficiência imediata (1o^ ano) é bastante baixa (10-20%). Dentre os principais sintomas de deficiência de fósforo, podemos citar a coloração avermelhada nas folhas mais velhas e em casos mais extremos, coloração verde-escura sem brilho ou verde azulada, crescimento reduzido da planta e menor produção de sementes. c. Potássio O potássio é considerado o macronutriente mais abundantes nas plantas. É absorvido pelas plantas na forma de íon K+, sua principal forma de absorção é pelas raízes e não faz parte de nenhuma estrutura ou molécula orgânica na planta. É um elemento muito móvel nas plantas e contribui em várias atividades bioquímicas sendo um ativador de mais de 60 enzimas, tendo papel central na síntese de carboidratos e proteínas. Funciona regulador da pressão osmótica (entrada e saída de água da célula), mantendo a concentração de sais no interior das células. O potássio aumenta a resistência das plantas às secas, baixas temperaturas e participa da defesa contra doenças e no desenvolvimento do material fibroso das plantas. Outro efeito positivo do potássio é o incremento no teor de proteína, de amido nos grãos e tubérculos, na coloração e aroma dos frutos, no teor de vitamina C, além de possibilitar períodos maiores de armazenamento de culturas como banana, tomate, batata, cebola e outros. A deficiência de potássio pode causar o acamamento das plantas, inibição do crescimento das raízes e da planta, redução do crescimento dos frutos, atraso da floração, clorose e necrose nas folhas. A eficiência do potássio é cerca de 50% no primeiro ano. O potássio é adicionado na forma solúvel (cloretos, sulfatos, fosfatos), sendo adsorvido nas partículas minerais do solo e, consequentemente, sofrendo pouca lixiviação. 2.2.2 Macronutrientes secundários a. Cálcio As principais fontes de cálcio são o calcário e o gesso e são utilizados como condicionadores de solos para correção da acidez. O cálcio é absorvido pelas plantas como Ca2+.
3. Classificação dos fertilizantes De acordo com a natureza química dos componentes, podemos dividir os fertilizantes em três grupos: Fertilizantes orgânicos: São constituídos por compostos orgânicos de origem natural, vegetal ou animal, e apresentam nutrientes vegetais em baixíssimas concentrações, no entanto, promovem a melhoria das propriedades físicas e físico- químicas do solo. Os principais fertilizantes orgânicos são esterco de galinha, esterco de curral, torta de mamona, torta de algodão e resíduos industrializados. Fertilizantes organo-minerais: São insumos resultantes da mistura de fertilizantes minerais e orgânicos com a finalidade de enriquecer os adubos orgânicos com nutrientes vegetais. Fertilizantes minerais: Produto de natureza fundamentalmente mineral, natural ou sintético, obtido através de processo físico, químico ou físico-químico, podendo fornecer um ou mais nutrientes às plantas. Os fertilizantes minerais em relação aos orgânicos apresentam uma vantagem do ponto de vista econômico, por apresentarem elevadas concentrações de nutrientes, resultando em menores custos de armazenamento, transporte e aplicação por unidade de massa de nutriente. Os produtos orgânicos desempenham muito mais as funções de condicionador do solo e muito pouco as funções de fertilizante, enquanto os produtos minerais desempenham efetivamente as funções de fertilizante. Os fertilizantes minerais podem ser classificados de acordo com o número de nutrientes, condição física e grau de ação.
Os fertilizantes podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. No Brasil, a aplicação de fertilizantes sólidos é predominante, o consumo dos líquidos é recente e mostra-se em crescimento, por outro lado, os gasosos são pouco difundidos. Sólidos
Os fertilizantes minerais sólidos podem apresentar-se na forma de pó ou farelo e granulados. Pó quando as partículas são de pequenas dimensões, e granulados quando as partículas são de dimensões que permitem caracterizar um grânulo. Os produtos granulados ou pelotizados tem como vantagem em relação aos fertilizantes em pó a menor tendência ao empedramento, são menos poeirentos e corrosivos e garantem maior uniformidade de distribuição no solo, aumentando o rendimento das colheitas. Líquidos O uso de fertilizantes líquidos é bastante recente no Brasil, mas o consumo vem crescendo, principalmente em adubações foliares e fertirrigação. Existem na forma de soluções, ou seja, isentos de fase sólida, e na forma de suspensões, onde há uma fase sólida dispersa em outra líquida. A grande vantagem da utilização de fertilizantes líquidos está na facilidade de manuseio e aplicação. Para uma aplicação satisfatória, é necessário que a solução esteja livre de sedimentos, evitando a obstrução dos bicos de pulverização. Gasosos No estado gasoso, o único fertilizante com aplicação direta é a amônia anidra, mas no Brasil, é pouco usada pois exige cuidados rigorosos na utilização.
De acordo com sua composição, os fertilizantes minerais podem ser classificados em: Mononutriente: contém apenas um dos macronutrientes primários (N, P ou K). Multinutriente: contém dois ou mais macronutrientes primários. Podem ser classificados em: Fertilizantes mistos: sã o produtos da mistura mecânica de dois ou mais fertilizantes mononutriente (cada grânulo contém um nutriente diferente). Pode ser uma mistura de granulados.
Inibidores de urease: substância que inibe a atividade da enzima urease, retardando a transformação do N-amida da ureia em amônia, reduzindo as perdas de amônia por evaporação, principalmente em solos alcalinos.
4. Composição dos Fertilizantes A maioria dos fertilizantes são misturas que contém certas porcentagens dos três macronutrientes primários (N,P, e K). A fórmula serve para expressar, em porcentagem, a quantidade desses nutrientes contidos em um fertilizante. É representada por três números dispostos em linha horizontal e separados por um traço. O primeiro corresponde à porcentagem de N total, o segundo à porcentagem de fosfato solúvel (P 2 O 5 ) e o terceiro à porcentagem de potássio solúvel (K 2 O). Assim, um adubo com fórmula 4 - 32 - 16 significa que em 100 Kg do mesmo contém 4 Kg de N, 32 Kg de P 2 O 5 e 16 Kg de K 2 O e que na mistura há um total de 52% de fertilizantes ativos e os outros 48% consistem em carga inerte, portadores ou materiais condicionantes do solo. As cargas inertes e portadores são usualmente areia, rocha fosfática moída ou rejeitos utilizados para encorpar a mistura. Os condicionadores são substancias insolúveis utilizadas para evitar o empedramento ou aglutinação do fertilizante. A turfa agrícola (deposito fóssil de material orgânico vegetal pouco decomposto) e a vermiculita (silicatos de alumínio e metais alcalinosmica magnesiana) são utilizados como condicionadores do solo, aumentando a capacidade de absorção de fertilizantes, retenção de água, aeração e conteúdo orgânico. As zeólitas naturais são utilizadas em países onde a agricultura é bastante desenvolvida com a finalidade de retenção de nutrientes do solo, suporte de aplicação de herbicidas e para o aumento da capacidade de retenção de água nos solos.
5. Eficiência da Aplicação de Fertilizantes Antes que se inicie a fertilização de um solo, alguns fatores devem ser considerados, isso porque existem características, tanto do fertilizante quanto do solo, que podem influenciar direta ou indiretamente o sucesso deste processo. 5.1 Fatores que influenciam indiretamente: Alguns fatores influenciam a produção agrícola e, por isso, influenciam indiretamente o sucesso da fertilização. Um desses fatores é a umidade do solo, isso porque a ausência de água prejudica a absorção de nutrientes e o seu excesso acentua a perda por lixiviação. Outro fator importante é a própria planta, uma vez que diferentes espécies de plantas respondem diferentemente ao efeito dos fertilizantes. Além disso, a eficiência dos fertilizantes está também sujeita a uma série de outros fatores indiretos, como preparo adequado do solo, espaçamento, combate às ervas daninhas entre outros. 5.2 Fatores que influenciam diretamente: A época de aplicação do fertilizante é importante pois produtos de baixa solubilidade necessitam de tempo para se dissolverem e por isso precisam ser aplicados com antecedência e produtos solúveis devem ser aplicados nas fases de maior exigência pela cultura, uma vez que, no solo, podem ficar sujeitos a perdas. Forma de aplicação ou localização: os adubos de baixa solubilidade devem ser aplicados em área total e bem incorporados ao solo, a fim de que os fatores solubilizantes possam melhor agir. Os adubos solúveis devem ser aplicados mais localizados, próximos às raízes, para diminuir as perdas. Uniformidade da distribuição: a dose de adubo recomendada deve ser distribuída uniformemente por toda a área, observada a forma de aplicação indicada. Qualidade do fertilizante: Diversas características dos fertilizantes têm relação com a sua qualidade, algumas caracterizam a qualidade de qualquer produto, como, por exemplo, consistência dos grânulos, segregação, fluidez,
das plantas. Existe um equilíbrio entre os nutrientes adsorvidos nas partículas do solo e os nutrientes liberados na solução do solo. As características físico-químicas dizem respeito, principalmente, à capacidade de troca ou retenção de cátions e ao pH. A primeira reflete a capacidade de armazenamento de nutrientes catiônicos pelo solo, além da qual esses nutrientes ficam mais sujeitos à lixiviação. O pH, que é um índice que indica o grau de acidez ou alcalinidade do solo, e exerce grande influência na disponibilidade dos nutrientes contidos no solo ou a ele adicionados e também a assimilação dos nutrientes pelas plantas. Para a maioria dos nutrientes, o ponto de máxima assimilação ocorre numa faixa de pH entre 5,5 e 7. Figura 1 : Efeito do pH Em solos alcalinos s micronutrientes tendem a ficar imobilizados, com exceção do Mo. E em solos salinos há um aumento da pressão osmótica do meio e consequentemente diminuição na disponibilidade de água. Nas regiões tropicais úmidas, o pH do solo tende a ser ácido, devido ao efeito lixiviante das fortes chuvas o que é prejudicial às plantas, causando deficiência de nutrientes (como P e Mg) e toxicidade (Al, Fe, Mn). Portanto, a maioria dos solos brasileiros necessitam de correção de pH, ou seja, a calagem para aumentar a eficiência das adubações. Esta correção é feita com calcário (CaCO 3 ) que também tem efeito positivo na precipitação de íons Al3+^ livres, responsáveis pela acidez excessiva dos solos.
Além disso, a calagem do solo propicia diversos efeitos benéficos como o aumento da disponibilidade de P e Mo, o favorecimento da nitrificação da matéria orgânica, efeito positivo na fixação simbiótica do nitrogênio, o favorecimento das propriedades físicas do solo (pela ação floculante do Ca) e o aumento do desenvolvimento radicalar, ampliando a capacidade das plantas de obter água e nutrientes do solo. Dito isso, é possível observar que a aplicação de fertilizantes exige uma avaliação do solo para garantir a sua eficiência e através desta análise pode-se determinar o tipo de fertilizante a ser usado e sua quantidade. O excesso de fertilizante pode ser tão nocivo quanto a carência. A análise de solo estima a capacidade do solo de suprir determinados nutrientes às plantas, auxiliando no planejamento e programa de adubação e calagem. A análise química do solo será tanto mais útil quanto mais confiáveis forem os resultados. Como não é possível analisar o solo como um todo, analisa-se amostra que serve como representação de uma grande área de solo. Unidade de amostragem ou gleba é uma área, independentemente do tamanho, mas uniforme quanto ao relevo, vegetação, características do solo (cor, textura, drenagem) e uso anterior e atual. A frequência de amostragem depende do manejo da propriedade e da intensidade da adubação aplicada. Após a retirada da amostra, o material deve ser acondicionado em embalagens para o envio ao laboratório.
7. Panorama mundial A produção mundial de fertilizantes vem aumentando ao longo dos anos, em função do crescimento demográfico, aumento da demanda, descoberta de novas jazidas com matérias-primas e rotas tecnológicas de fabricação.
A fabricação de fertilizantes nitrogenados está concentrada na Ásia e na América do Norte e é dependente do gás natural, que é a principal matéria-prima para a produção de amônia, precursora dos fertilizantes nitrogenados. Cerca de 90% da produção internacional de amônia têm como fonte primária o gás natural, ou seja, este aparece como fator essencial para a viabilização de futuros projetos de produção de fertilizantes nitrogenados. Os maiores produtores mundiais são China, Índia , Rússia e EUA. O fertilizante composto ou mistura NPK consiste da reunião dos três principais nutrientes: nitrogênio, fósforo e potássio. Essa combinação pode ser realizada nas mais diversas proporções, de acordo com a cultura explorada. Os países asiáticos são os maiores produtores, enquanto a América do Norte não tem atuação significativa na atividade de mistura. Figura 3: Maiores Produtores Mundiais de Fertilizantes A agricultura brasileira posiciona o país na quarta posição entre os consumidores de fertilizantes, atrás apenas de China, Índia e Estados Unidos. Enquanto o consumo desses produtos aumenta, em média, 2% ao ano no mundo, o crescimento no Brasil é de 4 %. A demanda mundial de fertilizantes está concentrada nas culturas mais tradicionais da Ásia, Europa e América do Norte. São elas arroz, trigo e milho, que juntas respondem por 50% do consumo total. A alta densidade demográfica do continente asiático também influencia no consumo de fertilizantes. 2% 7% 30% 8% 9% 8% 36% MAIORES PRODUTORES MUNDIAIS - 2014 Brazil Canada China India Russian Federation United States Others
Nos Estados Unidos, a demanda de fertilizantes é voltada, majoritariamente, para a cultura de milho. Figura 4: Consumo Mundial de Fertilizantes Figura 5: Maiores Consumidores Mundiais 0, 50000, 100000, 150000, 200000, 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 CONSUMO MUNDIAL DE FERTILIZANTES Africa East Asia Eastern Europe and Central Asia Latin America and the Caribbean North America Oceania South Asia West Asia 51653, 25309, 20300, 14019, CHINA INDIA UNITED STATES BRAZIL Milhões de toneladas Título do Eixo MAIORES CONSUMIDORES MUNDIAIS - 2014
