Fuentes y Manejo de Fertilizantes Fosfatados para una Agricultura Sostenible

El fósforo (P) es un nutriente vital, indispensable para el desarrollo de las plantas y un componente fundamental del sistema de transporte de energía en todas las células, incluyendo las vegetales. Tiene un papel esencial en la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas absorben la energía del sol para sintetizar moléculas de carbohidhidratos. Sus funciones no pueden ser ejecutadas por ningún otro nutriente, y se requiere un adecuado suplemento de P para que la planta crezca y se reproduzca de forma óptima. A pesar de su importancia, el fósforo es un recurso finito y, como tal, su agotamiento de las materias primas es una preocupación creciente. Se estima que las reservas de P estarán agotadas en el intervalo de 50 a 400 años, con Marruecos poseyendo más del 77 % de los recursos mundiales.

El Fósforo en el Suelo

En el suelo, el fósforo, a diferencia del nitrógeno, no puede ser fijado por microorganismos de la atmósfera y solo procede de la descomposición de la roca madre durante la meteorización. Representa alrededor del 0,1 % de la corteza terrestre, siendo más elevado en rocas volcánicas (0,2 %) que en rocas sedimentarias (0,05 %). Las plantas toman P del suelo en forma de ortofosfato primario (H2PO4-) y secundario (HPO42-).

El fósforo en el suelo se clasifica como un nutriente primario, lo que a menudo lo hace deficiente en la producción agrícola. La baja movilidad del P en el suelo es una característica clave, ya que es altamente fijado o precipitado por los minerales que lo componen. El fósforo se adsorbe en arcilla, óxidos de aluminio y hierro, carbonatos y materia orgánica, fijándose en el suelo como fósforo orgánico e inorgánico. La disponibilidad de este elemento depende del pH del suelo (siendo mayor a pH 6.5) y de la presencia de ciertos minerales, y puede verse afectada por la temperatura (disminuye con el frío), la humedad y la aireación.

Minerales de Fósforo en el Suelo

Las aportaciones de fósforo al suelo pueden provenir de la mineralización de diversos minerales. Entre los fosfatos de calcio, el flúor-apatito es la forma más insoluble y, por tanto, menos aprovechable para las plantas. Solo los fosfatos mono y dicálcico son fácilmente asimilables, pero tienden a transformarse en compuestos más insolubles en el suelo. Los fosfatos de hierro y aluminio, por su parte, son fosfatos hidroxilados, extremadamente insolubles y muy estables en suelos ácidos. El fósforo orgánico identificado específicamente en el suelo se encuentra sobre todo en forma de fosfolípidos, ácidos nucleicos, fitina y derivados, que suelen constituir hasta el 80 % del fósforo total del suelo.

Tipos de Fertilizantes Fosfatados

Los fertilizantes fosfatados se dividen en dos grandes grupos: orgánicos e inorgánicos (o sintéticos). También se pueden clasificar según su rapidez de acción.

Clasificación General

• Orgánicos: Derivan de residuos orgánicos, estiércoles de animales y otros materiales biológicos que contienen P.
• Inorgánicos (Sintéticos): Prácticamente todos los fertilizantes fosfatados que derivan de la roca fosfórica.

Según su rapidez de acción, los fertilizantes fosfatados se clasifican en:

• De acción rápida: Productos solubles en agua, como los superfosfatos y fosfatos amónicos, ideales para solucionar rápidamente una deficiencia de nutrientes.
• De acción lenta: Productos solubles en ácido cítrico, como la escoria básica o la roca fosfórica, que proporcionan un suministro de nutrientes constante y a largo plazo.
• De acción muy lenta: Compuestos, como el fosfato y la harina de huesos, que apenas son solubles en ácido cítrico, utilizados para mejorar los niveles de nutrientes del suelo durante un periodo prolongado, especialmente en agricultura ecológica.

Fertilizantes Fosfatados Orgánicos

Las fuentes de fósforo de tipo orgánico son cada vez más utilizadas por factores como la sostenibilidad, la reconversión productiva y el valor de los fertilizantes químicos comerciales. Los fertilizantes orgánicos proporcionan algo más que nutrientes, fomentando la vitalidad del suelo y apoyando prácticas agrícolas sostenibles.

• Roca Fosfórica: La aplicación directa de roca fosfórica se ha realizado por más de 100 años. Libera lentamente el fósforo; aunque su concentración de este elemento llega a más del 15 %, su concentración de fósforo soluble suele ser muy baja (< 1 % P). En suelos ácidos, suele ser una buena fuente debido a su progresiva solubilización, proporcionando un aporte similar al de otras fuentes de P. Se recomienda aplicarla anticipadamente al cultivo y cuando los contenidos de materia orgánica son elevados.
• Abonos y Compostas: Son buenas fuentes de fósforo con alta disponibilidad para las plantas. Aunque son fuentes orgánicas, la mayoría del fósforo es inorgánico (del 75 al 90 % del P presente), lo que lo hace fácilmente disponible para los cultivos. Estudios han demostrado que los cultivos absorben cantidades similares o mayores de fósforo al aplicar abonos y compostas, comparado con fertilizantes comerciales convencionales. El compost proporciona una liberación sostenida de nutrientes, mejora el microbioma del suelo, estabiliza el pH y aumenta la retención de agua.
• Harina de Hueso: Preparada al moler huesos de animales, fue una de las primeras fuentes de fósforo. Es apreciada por su liberación lenta, especialmente beneficiosa para plantas perennes y hortalizas de raíz, aunque puede ser costosa y la investigación sobre su eficacia es limitada. Suele recomendarse para suelos ácidos.
• Harina de Pescado: Un fertilizante de liberación gradual que ofrece una rica fuente de materia orgánica, promoviendo la fertilidad del suelo y apoyando el crecimiento de cultivos de hoja verde y frutales.
• Guano: Más conocido como fertilizante nitrogenado, también es utilizado como fuente de fósforo (1 a 9 % P). Contiene formas inorgánicas de otros minerales, como la estruvita.
• Desechos Animales y Biorresiduos: Pueden ser fuente de fósforo fertilizante. La biodigestión puede cerrar el ciclo de los nutrientes para producir sustitutos de los fertilizantes. Los lodos de depuradora y sus cenizas también pueden ser una buena fuente de fósforo fertilizante. La recuperación de fósforo se puede lograr mediante precipitación controlada de estruvita (MgNH4PO4·H2O).

Algunos trucos caseros para aportar fósforo a las plantas incluyen:

• Cerillas en las macetas: Insertar cerillas mojadas, boca abajo, en la tierra alrededor de la planta. El extremo de la cerilla tiene un alto contenido en fósforo.
• Abono casero con ceniza de madera: Diluir ceniza de madera quemada en agua y añadirla a la tierra.
• Restos de café: Los posos de café son ricos en potasio y fósforo. Mezclarlos con agua, dejar reposar y regar las plantas con el líquido filtrado.

Fertilizantes Fosfatados Sintéticos (Inorgánicos)

Estos fertilizantes, que aportan fósforo como principal fuente, son comúnmente denominados fosfatados. Se han convertido en un producto refinado y predecible, proporcionando rendimientos más consistentes y sustanciales a los cultivos.

Proceso de Fabricación

La roca fosfórica es la materia prima para la producción de fertilizantes de P, siendo la apatita su componente principal. En el proceso seco, un horno eléctrico trata la roca fosfórica. El proceso húmedo implica tratar la roca fosfórica con ácido fosfórico productor de ácido (también llamado ácido verde o negro) y yeso, que se elimina como subproducto. El ácido fosfórico producido mediante ambos procesos se calienta con frecuencia, eliminando el agua y produciendo un ácido superfosfórico. El P en este ácido está presente como ortofosfato y polifosfato. Se puede agregar amoníaco al ácido superfosfórico para crear materiales líquidos o secos que contengan nitrógeno (N) y P. Cuando se agrega amoníaco al ácido fosfórico que no se ha calentado, se produce fosfato monoamónico (MAP) o fosfato diamónico (DAP), dependiendo de la proporción de la mezcla.

Tipos Comunes

• Superfosfato Simple (SSP): Fue el primer fertilizante comercial para tratar la deficiencia de fósforo y permitió el desarrollo de la industria moderna. Contiene un porcentaje relativamente bajo de fósforo, pero también aporta azufre y calcio.
• Superfosfato Doble (DSP): Aporta el doble de fósforo que el superfosfato simple, manteniendo características similares. Ofrece una opción intermedia entre el simple y el triple.
• Superfosfato Triple (TSP): Con más del triple de contenido de fósforo que el simple, es una fuente concentrada y versátil, apta para suelos de ligeramente ácidos a alcalinos. Como fertilizante de liberación lenta, se aplica normalmente durante la fertilización de otoño para un suministro de nutrientes a largo plazo.
• Ácido Fosfórico (H3PO4): Es un fertilizante concentrado que presenta más de un 25 % de ácido fosfórico.
• Escoria Thomas (Ca5(PO4) SiO2): Un fertilizante bajo en fosfatos con efecto encalante, soluble en ácido cítrico.
• Fosfato Monoamónico (MAP - 11-52-0): Un fertilizante granulado, soluble en agua y de acción rápida. Se disuelve rápidamente en el suelo húmedo, separándose en amonio y fosfato. Es ideal para aplicarse como único producto en pre-siembra o al momento de la siembra. Especialmente empleado en regiones donde predominan los suelos alcalinos o de origen calcáreo. Crea una zona más ácida alrededor de cada gránulo.
• Fosfato Diamónico (DAP - 18-46-0): El fertilizante fosfatado más usado debido a sus cualidades físicas superiores y alto contenido en nutrientes. Aporta una potente combinación de fósforo y nitrógeno. Aunque es más soluble que el MAP, puede elevar localmente el pH del suelo, requiriendo una gestión cuidadosa. Crea una zona básica alrededor de cada gránulo.
• Polifosfatos: Son fertilizantes que tienen una combinación de ortofosfato y polifosfato. Los polifosfatos consisten en una serie de ortofosfatos que se han unido químicamente. En el suelo, los iones polifosfato se convierten fácilmente en iones ortofosfato en presencia de agua del suelo, lo que los hace muy efectivos. Se utilizan generalmente como fuente de nutrición fosforada.
• Fosfato Monopotásico (MKP): Una fuente de P y potasio (K) muy soluble. Empleado como sustituto del cloruro de potasio en cultivos sensibles a cloruros, aplicable al suelo o mediante fertirrigación.
• Nitrofosfatos (NPPK, NPK): Fertilizantes compuestos que contienen nitrógeno, fósforo y potasio en diversas proporciones.

Deficiencia de Fósforo en Plantas

La identificación de la deficiencia de fósforo puede ser complicada, ya que las plantas a menudo no muestran síntomas evidentes más allá del retraso temprano del crecimiento. El fósforo se desplaza fácilmente dentro de las plantas, pasando a las zonas de crecimiento joven y, más tarde, a las partes fructíferas. Es fundamental para la formación de semillas y frutos, y las deficiencias a finales de la temporada de crecimiento afectan considerablemente a la madurez de los cultivos.

Síntomas de Deficiencia

Cuando existe una carencia de este elemento esencial (una concentración en las hojas inferior al 0,2 %), se produce:

• Retraso en el crecimiento.
• Fecundación defectuosa y retraso en la maduración.
• Coloración purpúrea de las hojas más viejas, a menudo más evidente en plantas jóvenes de maíz debido a la mayor demanda de P al inicio de la temporada.
• Hojas muy secas que se vuelven más gruesas y, en casos graves, las puntas pueden parecer quemadas o volverse casi negras.
• Los tallos pueden volverse de color violeta o rojo brillante.
• En el caso del maíz, una deficiencia grave de P inhibe la translocación de carbohidratos dentro de la planta.
• Crecimiento reducido de las plantas, como se observa en patatas.

Es importante señalar que algunos híbridos de maíz pueden tener una apariencia morada al comienzo de la temporada de crecimiento, independientemente del suministro de P, como respuesta genética al estrés causado por las bajas temperaturas.

Aplicación y Manejo de Fertilizantes Fosfatados

El manejo adecuado del fósforo (P) puede conducir a una producción agrícola rentable. La mejor manera de utilizar fertilizantes para satisfacer los requisitos de P cambia según el cultivo, las propiedades del suelo y las condiciones ambientales. La aplicación de fertilizantes fosfatados es una decisión de manejo importante, ya que el P no es móvil en los suelos.

Momentos y Métodos de Aplicación

Se recomienda aplicar el fósforo al momento de la siembra a chorro continuo y al fondo del surco para favorecer el crecimiento de las raíces. Se debe cubrir con una capa delgada de tierra. La aplicación de fertilizantes fosfatados se recomienda hacerla cerca de las raíces de los cultivos, ya sea en la siembra o en las primeras etapas de desarrollo. Para granos pequeños, la cantidad necesaria de fosfato puede aplicarse con un taladro o sembradora neumática al momento de la siembra. En maíz y remolacha azucarera, es común aplicar fertilizante líquido en bandas sobre la semilla.

Al colocar bandas en la semilla, se debe usar una dosis baja, ya que existe la posibilidad de reducir la emergencia debido a la alta formación de sales o amoníaco cerca de la semilla. En suelos arenosos o franco arenosos con alto potencial de pérdida de K por lixiviación (siempre y cuando se apliquen fertilizantes que contengan K además de P), se recomienda fraccionar la aplicación, la mitad a la siembra y la otra mitad al medio aporque en banda lateral a 10 cm de las plantas.

Es crucial evitar aplicar fertilizantes fosfatados cuando se prevean fuertes precipitaciones en las próximas 48 horas o sobre suelos helados, cubiertos de nieve o empapados de agua, ya que estas condiciones aumentan significativamente la probabilidad de pérdida de fósforo por escorrentía.

Optimización y Eficiencia

La industria requiere mejorar la eficiencia de extracción de P de roca de fosfato. La biodisponibilidad es un aspecto importante de los fertilizantes de fósforo. Para mejorar la eficiencia del suelo y la circularidad del fósforo, se pueden considerar diversas estrategias:

• Uso de microbiología: La inoculación del suelo con microorganismos como Bacillus megaterium o Acidithiobacillus ferrooxidans, que producen ácidos y pueden solubilizar fosfatos, aumentando la biodisponibilidad del P.
• Valorización de residuos: Los fertilizantes de fósforo pueden producirse a partir de diferentes tipos de biorresiduos (municipales, agrícolas y alimentarios).
• Hidroxiapatitos sintéticos: La síntesis de hidroxiapatitos sintéticos "a la carta" permite formular composiciones nutricionales específicas en cationes (Ca+2, K+, Mg+2, Fe+3, Zn+2, Mn+2, Cu+2) y aniones (Cl-, F-, CO32-, SiO42-, MoO4-2, BO3-, SO4-2), maximizando las aportaciones de fósforo.

Análisis y Pruebas de Suelo

Las pruebas de fósforo en el suelo miden la capacidad del suelo para suministrar P a la solución del suelo para uso de las plantas, proporcionando un índice de disponibilidad que se relaciona con la capacidad del fertilizante de fosfato para proporcionar una solución económicamente óptima. Numerosos proyectos de investigación han demostrado que los cultivos agronómicos responderán a la fertilización con fosfato si los niveles de prueba del suelo están en los rangos muy bajo, bajo y medio, o por debajo de 15 partes por millón (ppm) en la prueba Bray-1 o 11 ppm en otras pruebas. La concentración de P en el tejido vegetal suele disminuir a medida que la planta madura, por lo que es importante relacionar la interpretación de los resultados analíticos con la etapa de crecimiento.

Cuando las muestras de suelo se analizan mediante los procedimientos Olsen y Bray-1, los datos de la investigación indican que las recomendaciones de fertilizantes fosfatados deben basarse en el valor mayor. La prueba de suelo Mehlich-3 normalmente dará como resultado niveles de prueba de P en el suelo de 0 a 5 por ciento mayores que la prueba Bray-P1 cuando el pH del suelo es 7.5 o menos.

Sostenibilidad y Circularidad del Fósforo

La cadena de valor del fósforo es semicircular, ya que el 80 % del elemento obtenido de recursos no renovables no se reutiliza. En la Unión Europea, el 25 % de los suelos tienen un bajo nivel de fósforo disponible debido a problemas de insolubilización en ambientes básicos o ácidos. El problema no es la ausencia de fósforo en los suelos, sino su falta de disponibilidad para las plantas.

Para aumentar la sostenibilidad en la fertilización fosforada, es fundamental incluir biofertilizantes que solubilicen el fósforo presente en el suelo. Es necesario aumentar la circularidad del fósforo en una agricultura eficiente, cuantificando los insumos de entrada al cultivo aportados por el agua de riego, abono en verde, cubiertas vegetales, mulch, fertilizantes, bioestimulantes y probióticos con microorganismos eficientes en la solubilización de fósforo. Todas estas soluciones pueden ayudar a aumentar su disponibilidad en el suelo para los cultivos y, sin duda, ampliar la circularidad que tiene en la actualidad para evitar que, en un futuro no muy lejano, se convierta en una materia prima extinta.

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