Nitrogênio

O nitrogênio é um nutriente essencial para o crescimento, desenvolvimento e reprodução das plantas. Embora o nitrogênio seja um dos elementos mais abundantes na Terra, a deficiência de nitrogênio é provavelmente o problema nutricional mais comum pesando sobre as plantas mundo afora – o nitrogênio da atmosfera e da crosta terrestre não está diretamente disponível para as plantas.

O nitrogênio nas plantas

Plantas saudáveis contém normalmente de 3% a 4% de nitrogênio em seus tecidos acima do solo. Essa é uma concentração bem maior, se comparada com aquela de outros nutrientes. Carbono, hidrogênio e oxigênio, nutrientes que não desempenham um papel substantivo na maior parte dos programas de gerenciamento da fertilidade do solo, são os únicos, dentre os demais nutrientes, presentes em concentrações elevadas.

O nitrogênio é tão vital por ser um componente primordial da clorofila, o composto que as plantas empregam para utilizar a energia da luz solar na produção de açúcares com base em água e dióxido de carbono (por exemplo, fotossíntese). É também um componente primordial dos aminoácidos, os tijolos das proteínas. Sem as proteínas, as plantas mirram e morrem. Algumas proteínas atuam como unidades estruturais em células vegetais, enquanto outras agem como enzimas, tornando possíveis várias das reações bioquímicas das quais depende a vida. O nitrogênio é um componente de compostos de transferência de energia, como a ATP (adenosina trifosfato). A ATP permite que as células conservem e utilizem a energia liberada pelo metabolismo. Por último, o nitrogênio é um componente significativo de ácidos nucléicos como o DNA, o material genético que permite que as células (e eventualmente a planta, como um todo) cresçam e se reproduzam. Sem o nitrogênio, não haveria vida tal qual a concebemos.

Estrutura de um aminoácido

Nitrogênio é essencial para atingir safras com alta produtividade. Como componente essencial dos aminoácidos das proteínas, o N também aumenta diretamente o conteúdo protéico das plantas.

Nitrogênio do solo

O nitrogênio do solo existe de três formas gerais: compostos orgânicos de nitrogênio, íons de amônio (NH4+) e íons de nitrato (NO3-).

Em dado momento, de 95% a 99% do nitrogênio potencialmente disponível no solo está em formas orgânicas, tanto em resíduos vegetais quanto animais, na matéria orgânica relativamente estável do solo ou em organismos vivos do solo, principalmente micróbios como as bactérias. O nitrogênio não está diretamente disponível para as plantas, mas parte dele pode ser convertida para formas disponíveis por meio de microrganismos. Uma parcela muito pequena de nitrogênio orgânico pode existir em compostos orgânicos solúveis, como a ureia, que pode estar levemente disponível em vegetais.

A maior parte do nitrogênio disponível para os vegetais está em suas formas inorgânicas NH4+ e NO3- (por vezes chamados de nitrogênio mineral). Os íons de amônio ligam-se ao complexo negativamente carregado de troca de cátions do solo (CEC) e se comportam de forma semelhante a vários outros cátions do solo. Os íons nitrato não se ligam aos sólidos do solo porque carregam cargas negativas, mas existem dissolvidos na água do solo, ou precipitados como sais solúveis sob condições secas.

Fontes Naturais de Nitrogênio do Solo

O nitrogênio no solo, que pode ser eventualmente utilizado pelas plantas, possui duas fontes: minerais contendo nitrogênio e o vasto estoque de nitrogênio na atmosfera. O nitrogênio nos minerais do solo é liberado com a decomposição do mineral. Esse processo é geralmente um tanto quanto lento e contribui pouco para a nutrição de nitrogênio na maioria dos solos. Em solos contendo grandes quantidades de NH4+-argilas enriquecidas (tanto por ocorrência natural quanto desenvolvido pela fixação de NH4+ acrescentado como fertilizante), no entanto, o nitrogênio fornecido pela fração mineral pode ser significativo em alguns anos.

O nitrogênio atmosférico é uma fonte substantiva de nitrogênio dos solos. Na atmosfera, ele ocorre na forma bastante inerte de N2 e precisa ser convertido antes de se tornar útil no solo. A quantidade de nitrogênio acrescentado no solo está, dessa forma, diretamente relacionada à atividade elétrica da atmosfera, mas a maioria das regiões provavelmente não recebe mais do que 20 lb de nitrogênio/acre por ano desta fonte.

Bactérias como os rizóbios, que infectam (criam nódulos) as raízes e recebem energia nutritiva

de plantas leguminosas, podem fixar muito mais nitrogênio por ano (algo em torno de 100 lb nitrogênio/acre). Quando a quantidade de nitrogênio fixada pelos rizóbios excede o necessário para os próprios micróbios, ela é liberada para uso da planta leguminosa hospedeira. Eis o porquê de leguminosas bastante noduladas normalmente não responderem muito bem às adições de fertilizantes nitrogenados. Elas já estão recebendo o suficiente da bactéria.

O ciclo do nitrogênio

O nitrogênio pode passar por várias transformações no solo. Essas transformações são normalmente agrupadas em um sistema chamado de ciclo do nitrogênio, que pode ser apresentado em vários graus de complexidade. O ciclo do nitrogênio é apropriado para a compreensão do gerenciamento de nutrientes e fertilizantes. Uma vez que microrganismos são responsáveis pela maior parte desses processos, eles ocorrem com bastante lentidão, quando ocorrem, e sob temperaturas inferiores a 50° F. Mas suas taxas crescem rapidamente quando o solo se torna mais aquecido.

O centro do ciclo de nitrogênio é a conversão do nitrogênio inorgânico para o orgânico, e vice-versa. Conforme os microrganismos crescem, eles removem H4+ e NO3- das reservas inorgânicas do nitrogênio disponível no solo, convertendo-o em nitrogênio orgânico dentro de um processo intitulado imobilização. Quando estes organismos morrem e são decompostos por outros, o excesso de NH4+ pode ser liberado novamente no reservatório inorgânico, dentro de um processo intitulado mineralização. O nitrogênio pode também ser mineralizado quando os microrganismos decompõem material contendo mais nitrogênio do que podem utilizar de uma vez só, materiais como resíduos de leguminosas e estercos. A imobilização e a mineralização são conduzidas pela maioria dos microrganismos, e são ainda mais rápidas quando o solo é aquecido e úmido, mas não saturado com água. A quantidade de nitrogênio inorgânico disponível para colheita depende normalmente da quantidade de mineralização ocorrida e do balanço entre mineralização e imobilização.

Íons de amônio (NH4+) não imobilizados ou absorvidos rapidamente por plantas maiores são normalmente convertidos com rapidez em íons NO3-, em um processo intitulado nitrificação. Esse é um processo de duas etapas, durante o qual a bactéria chamada Nitrosomonas converte NH4+ em nitrito (NO2-), e, então, outra bactéria, a Nitrobacter, converte o NO2- em NO3-. Esse processo requer um solo bastante arejado e ocorre rápido o suficiente para que normalmente possa ser encontrado nos solos mais NO3- do que NH4+ durante a temporada de crescimento.

O ciclo do nitrogênio possui diversas rotas pelas quais o nitrogênio disponível para as plantas pode ser retirado do solo. Nitrogênio-nitrato é normalmente mais sujeito à retirada do que o nitrogênio-amônio. Mecanismos significativos de retirada incluem lixiviação, desnitrificação, volatilização e remoção das culturas.

A forma em nitrato do nitrogênio é tão solúvel que se lixivia facilmente quando o excesso de água passa através do solo. Esse pode ser um mecanismo principal de perda em solos de textura embrutecida, pelos quais a água escorre livremente. Mas é um problema menor em solos de textura mais refinada e impermeável, nos quais a percolação é muito lenta.

Este últimos solos tendem a se tornar saturados com maior facilidade e, quando os microrganismos exaurem a oferta livre de oxigênio no solo úmido, alguns passam a obtê-lo pela decomposição de NO3-. Neste processo, chamado desnitrificação, o NO3- é convertido em óxidos gasosos de nitrogênio e em gás N2, ambos indisponíveis para as plantas.

A desnitrificação pode causar grandes perdas de nitrogênio quando os solos são aquecidos e permanecem saturados por mais que apenas alguns dias.

Perdas de nitrogênio NH4+ são menos comuns e ocorrem principalmente por meio da volatilização. Os íons de amônio são basicamente moléculas de amônia anídrica (NH3) com um íon adicional de hidrogênio (H+) agregado a ela. Quando esse H+ adicional é removido do íon NH4 por outro íon tal qual a hidroxila (OH-), a molécula de NH3 resultante pode evaporar e se volatilizar a partir do solo. Esse mecanismo é ainda mais importante em solos com pH elevado, com grandes quantidades de íon OH-.

A remoção de colheitas representa uma perda, porque o nitrogênio nas regiões colhidas da lavoura é removido completamente do campo. O nitrogênio nos resíduos da colheita é reciclado novamente no interior do sistema, e é melhor, ainda assim, como imobilizado do que como removido. Boa parte é, ainda, mineralizada e pode ser reutilizada pela plantação.

Necessidades e captação de nitrogênio em vegetais

As plantas absorvem o nitrogênio do solo tanto por meio de íons NH4+ quanto por meio de íons NO3-, mas dado que a nitrificação é tão difundida em solos agriculturáveis, a maior parte do nitrogênio é captada como nitrato. O nitrato se desloca livremente pelas raízes das plantas conforme elas absorvem água. Uma vez no interior da planta, o NO3- é reduzido à forma de NH2, que é assimilado para a produção de compostos mais complexos. Dado que as plantas requerem quantidades muito grandes de nitrogênio, um amplo sistema de raízes é necessário para permitir uma captação ilimitada. Plantas com raízes restringidas pela compactação podem apresentar sinais de deficiência de nitrogênio mesmo quando o nitrogênio adequado está presente no solo.

Utilização de Nitrogênio por várias lavouras
Lavoura Rendimento por acre N
Alfafa 8 toneladas 432
Milho 180 bushels 180
Soja 60 bushels 294
Trigo (primavera) 80 bushels 176
Trigo (inverno) 80 bushels 152
Fonte: IPNI

A maior parte das plantas retira o nitrogênio do solo continuamente ao longo de suas vidas, e a demanda por nitrogênio normalmente cresce conforme o tamanho do vegetal aumenta. Um vegetal abastecido com nitrogênio adequado cresce rapidamente e produz grandes quantidades de folhagem verde e suculenta. A oferta adequada de nitrogênio permite que uma colheita anual como o milho, cresça até a maturidade total, em lugar de retardá-la. Uma planta com deficiência de nitrogênio é geralmente pequena e se desenvolve com lentidão, porque tem carência do nitrogênio necessário para fabricar materiais estruturais e genéticos apropriados. Ela é normalmente de um verde empalidecido ou amarelado, porque tem falta de clorofilas apropriadas. As folhas mais velhas se tornam necróticas e morrem conforme a planta desloca o nitrogênio de tecidos menos importantes e mais antigos para os mais importantes e jovens.

Por outro lado, algumas plantas podem crescer tão rápido quando abastecidas com excesso de nitrogênio que desenvolvem protoplasma mais rápido do que constroem material suficiente de apoio para as paredes celulares. Tais plantas são normalmente um tanto quanto frágeis e podem ser vulneráveis a danos mecânicos. O desenvolvimento de talos frágeis e o armazenamento de grãos pequenos são um exemplo de tal efeito.

Gerenciamento de fertilizantes

Ciclo de nitrogênio

As taxas de fertilização por nitrogênio são determinadas pela lavoura a ser cultivada, pelas metas de rendimento e pela quantidade de nitrogênio que pode ser oferecida ao solo. As taxas necessárias para se alcançar diferentes rendimentos com diferentes lavouras variam de acordo com a região, e tais decisões são normalmente baseadas em recomendações locais e por meio da experiência.

Fatores que determinam a quantidade de nitrogênio abastecido pelo solo

  • A quantidade de nitrogênio liberada pela matéria orgânica do solo
  • A quantidade de nitrogênio liberada pela decomposição de resíduos da colheita anterior
  • Qualquer nitrogênio abastecido pelas aplicações anteriores de dejetos orgânicos
  • Qualquer nitrogênio conduzido por meio de aplicações anteriores de fertilizantes.

Tais contribuições podem ser determinadas levando-se em conta os créditos de nitrogênio (expressos em lb/acre) para estas variáveis. Por exemplo, milho seguido de alfafa normalmente requer uma adição menor de nitrogênio do que milho seguido de milho, e menos fertilizante de nitrogênio é necessário para se atingir uma dada meta de produtividade quando esterco é aplicado. Assim como no caso das taxas, os créditos são normalmente baseados nas condições locais.

Testes de solo são sugeridos cada vez mais como uma alternativa para a captação de créditos de nitrogênio.

O teste de solos por nitrogênio foi uma prática útil nas regiões mais secas das Grandes Planícies e, nesta região, as taxas de fertilizantes são normalmente ajustadas para dar conta do NO3- encontrado no solo antes da plantação. Em anos recentes, houve algum interesse em testar milharais com NO3- nas regiões mais úmidas do leste dos Estados Unidos e do Canadá, empregando amostras recolhidas ao final da primavera, após a colheita, em lugar de momentos antes da semeadura. Essa estratégia, o teste de pré-aplicação de nitrogênio em cobertura (PSNT), recebeu boa publicidade e parece oferecer alguma indicação sobre se o nitrogênio em cobertura é necessário ou não.

Aplicação de fertilizante

Decisões de aplicação devem maximizar a disponibilidade de nitrogênio para as lavouras e minimizar potenciais perdas. As raízes de uma planta normalmente não crescerão ao longo da zona de raízes de outra planta. Assim, o nitrogênio deve ser posicionado onde todas as plantas possuem acesso a ele. Aplicações amplas cumprem com esse objetivo. A bandagem também dá conta quando todas as ruas estão próximas de uma banda. Para o milho, a bandagem de amônia anídrica ou de ureia – nitrato de amônio (UAN) no centro de ruas alternadas é normalmente tão eficiente quando a bandagem em cada centro, porque todas as ruas possuem acesso ao fertilizante.

As condições de umidade do solo são necessárias para a captação de nutrientes. A aplicação abaixo da superfície do solo pode elevar a disponibilidade de nitrogênio sob condições secas, porque as raízes possuem maior tendência a encontrar o nitrogênio em solos úmidos com essa aplicação. A injeção de UAN de cobertura pode acarretar maior produtividade de milho do que a aplicação superficial ao longo dos anos, quando o tempo seco sucede a uma cobertura. Nos anos em que a temporada de chuvas começa pouco tempo após a aplicação, a aplicação sob a superfície não é tão crítica.

A aplicação sob a superfície é normalmente utilizada para controlar as perdas de nitrogênio. A amônia anídrica pode ser posicionada e selada abaixo da superfície para eliminar perdas por volatilização direta dos gases de amônia. A volatilização da ureia e de soluções de UAN pode ser controlada por meio da incorporação ou injeção. A incorporação de materiais de ureia (mecanicamente ou por meio de breve chuva após a aplicação) é especialmente importante em situações de plantio direto nos quais a volatilização é agravada por grandes quantidades de material orgânico sobre a superfície do solo. A aplicação de pequenas quantidades de nitrogênio "inicial" como UAN em sprays herbicidas é, no entanto, objeto de pequena preocupação.

A inserção de nitrogênio com fósforo normalmente eleva a captação de fósforo, particularmente quando o nitrogênio está na forma de NH4+ e a lavoura está sendo cultivada em um solo alcalino. As razões para o efeito não são completamente claras, mas isso pode ser devido à elevação da atividade potencial de captação de fósforo nas raízes provocada pelo nitrogênio, bem como devido à maior acidez provocada pelo NH4+, o que eleva a solubilidade do fósforo.

Momento de aplicação de nutrientes

O momento de aplicação possui um grande efeito sobre a eficiência dos sistemas de gerenciamento de nitrogênio. O nitrogênio deve ser aplicado de tal maneira a evitar períodos de significativa perda e para fornecer nitrogênio adequado quando a lavoura mais precisa dele. O trigo capta a maior parte de seu nitrogênio durante a primavera e no início do verão, e o milho absorve a maior parte do nitrogênio em meados do verão. Assim, a ampla disponibilidade nesses momentos é crítica. Caso se espere que as perdas sejam mínimas, ou que possam ser efetivamente controladas, as aplicações antes ou imediatamente após o plantio são eficientes para ambas as colheitas. Caso perdas significativas, especialmente aquelas sujeitas a desnitrificação ou lixiviação, sejam antecipadas, aplicações parceladas, nas quais boa parte do nitrogênio é aplicada após a emergência da lavoura, podem ser eficientes na redução de perdas.

Aplicações no outono para o milho podem ser utilizadas em solos bem drenados, particularmente se o nitrogênio é aplicado como amônia anídrica, corrigida com N-Serve®; no entanto, aplicações no outono devem ser evitadas em solos com drenagem deficiente, devido a um potencial quase incontornável para perdas significativas por desnitrificação. Quando a maior parte da oferta de nitrogênio a uma lavoura será aplicada após um crescimento substantivo da plantação, ou posicionada para além das ruas de semeadura (amônia anídrica ou UAN bandados nos centros das ruas), aplicar um pouco de nitrogênio facilmente acessível nas mudas garante que a lavoura não se tornará deficiente em nitrogênio antes de conseguir acesso à principal fonte de abastecimento de nitrogênio.

Minimizando as perdas de fertilizantes

Os principais mecanismos de perda de fertilizantes nitrogenados são desnitrificação, a lixiviação e a volatilização. A desnitrificação e a lixiviação ocorrem em solos sob condições muito úmidas, enquanto a volatilização é mais comum quando os solos estão menos úmidos e secando.

Práticas para evitar perdas de fertilizantes de nitrogênio

Utilizando uma fonte de nitrogênio de NH4+ acidifica o solo porque os íons de hidrogênio (H+) liberados durante a nitrificação do NH4+ são a principal causa de acidez dos solos. Ao longo do tempo, a acidificação e a redução do pH do solo podem se tornar significativas.

Os fertilizantes de nitrogênio contendo NO3- mas nada de NH4+ tornam o solo levemente menos ácido ao longo do tempo, mas são geralmente utilizados em quantidades bem menores do que em outros. A acidificação devida ao nitrogênio de NH4- é um fator significativo na acidificação de campos agriculturáveis, mas pode facilmente ser controlada por meio de práticas comuns de calagem.

Acidez ou alcalinidade de diferentes fontes de nitrogênio
Material % de Nitrogênio CaCO3 aproximado equivalente A lb/ton Por lb de n
Amônia Anídrica 82% -2,960 1.80
Sulfato de Amônio 21% -2,200 5.20
Ureia 46% -1,680 1.83
Fosfato Diamônio 18% -1,400 3.8
Forma de Ureia 38% -1,360 1.79
Fosfato Monoamônio 10% -1,300 6.5
Nitrato de Amônio 33.5% -1,180 116
Soluções Nitrogenadas 19-49% -750 to -1,760 197-179
Nitrato de Cálcio 15% +400 None
Nitrato de Potássio 13% +580 None
Nitrato de Sódio 16% +520 None

Fertilizando legumes com nitrogênio

Dado que a bactéria rizóbio, que infecta as raízes da leguminosa, normalmente abastecem com nitrogênio apropriado a planta hospedeira, leguminosas bem noduladas raramente respondem às adições de fertilizantes de nitrogênio. Por vezes, no entanto, grãos de soja podem responder às aplicações de nitrogênio no final da temporada, presumivelmente porque a fixação de nitrogênio nos nódulos decaiu significativamente. Tais respostas são um tanto quanto erráticas, contudo, e aplicações de nitrogênio em plantações de soja, ao final da temporada não são recomendadas rotineiramente. A quantidade de nitrogênio fixada por organismos não simbióticos do solo varia com os tipos de solo, com a presença de matéria orgânica e com o pH do solo.

Quantidade aproximada de nitrogênio fixada por várias lavouras de leguminosas
Lavoura Nitrogênio LB/ACRE
Alfafa 196
Trevo ladino 178
Trevo doce 116
Trevo vermelho 112
Trevo branco 103
Grãos de soja 98
Feijão frade 89
Trevo-do-japão 85
Ervilhaca 80
Ervilha 71
Ervilha de inverno 54
Amendoim 42
Adaptado de "Fertilizers and Soil Amendments" por Follett, Murphy and Donahue.

Aditivos para Fertilizantes Nitrogenados

N-Serve

N-Serve (nitrapyrin) é um material testado que inibe seletivamente uma das bactérias responsáveis pela nitrificação. Quando acrescentado a um material de nitrogênio NH4+, ele retarda sua conversão para nitrogênio NO3- por várias semanas. Ele é mais eficiente quando misturado à amônia anídrica. Essa nitrificação retardada protege o fertilizante de perdas devido à desnitrificação e à lixiviação em temporadas nas quais há excesso de chuvas ocorrendo em meio ao período de inibição. Utilizar o N-Serve é algo como comprar uma apólice de seguros, paga nos anos em que os problemas se desenvolvem.

N-Serve é uma marca registrada da Dow AgroScience LLC.

Inibidores (NBPT)

Inibidores de urease à base de NBPT são produtos que inibem a conversão de ureia para carbonato de amônio, assim reduzindo o potencial de volatilização de amônia dos materiais de ureia, incluindo soluções UAN. Assim como o N-Serve®, este tipo de inibidor pode ser visto como uma apólice de seguros que reduzirá as perdas em potencial de nitrogênio em temporadas nas quais o cultivo ou a chuva não permitem a incorporação da ureia no solo logo após a sua aplicação. Os inibidores de urease à base de NBPT são muito mais úteis quando a ureia ou o UAN é aplicado sem a incorporação de níveis elevados de resíduos de colheitas à superfície dos campos, assim como em situações de plantio direto, ou em campos com níveis elevados de pH na superfície.

Existem diversas marcas de inibidores NBPT disponíveis no mercado.

Outros Aditivos

Outros aditivos de nitrogênio disponíveis no mercado incluem o ESN® e o Instinct®. Eles podem ser utilizados como parte de uma estratégia 4R de Manejo de Nutrientes para manter o nitrogênio em seu próprio lugar, no momento em que o vegetal precisa dele. Utilizar produtos de adição de nitrogênio é considerado a melhor prática de manejo para o gerenciamento de nitrogênio.

Instinct é uma marca registrada da Dow AgroSciences LLC. ESN é uma marca registrada da Agrium Inc.

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