El nitrógeno, entre los macronutrientes, es el más necesario para las plantas. Es un componente de los aminoácidos, las proteínas y el material genético (ADN y ARN). Además, está asociado al crecimiento y desarrollo vegetal, ya que interviene en la síntesis de las clorofilas, responsables del proceso fotosintético.
En la atmósfera, el nitrógeno está presente en forma de gas nitrógeno, representado por la fórmula molecular N₂.2 (N≡N), y constituye 78 % del aire atmosférico. A pesar de encontrarse en grandes cantidades en la atmósfera, la mayoría de los organismos vivos no utilizan el nitrógeno gaseoso, ya que son incapaces de fijarlo e incorporarlo a su materia. Entre los organismos capaces de utilizar este nitrógeno se encuentran algunos tipos de bacterias (SANTOS, 2020).
En la litosfera, la capa del planeta que constituye la corteza terrestre, se encuentran aproximadamente 98 1 TP3T del nitrógeno existente, una parte en los océanos y otra en las rocas y el suelo. Específicamente en el suelo, el nitrógeno se encuentra casi en su totalidad (aproximadamente 98 1 TP3T) en forma orgánica, y el resto en forma mineral de amonio (NH3).4+), nitrito (NO2–) y nitrato (NO3–).
El ciclo del nitrógeno permite que este elemento circule en el medio ambiente, poniéndolo a disposición de los seres vivos y devolviéndolo posteriormente al entorno. Este ciclo comprende cinco etapas específicas: fijación (1), amonificación (2), nitrificación (3), desnitrificación (4) y asimilación (5), que se describirán a continuación.
1 – Fijación de nitrógeno
El proceso de fijación de nitrógeno puede ocurrir de tres maneras: fijación biológica, fijación física y fijación industrial, que se describen a continuación.
a. Fijación biológica
La primera etapa del ciclo del nitrógeno, la fijación biológica, se produce mediante un proceso enzimático en el que se utiliza el nitrógeno atmosférico (N₂).2) se reduce a amoníaco (NH3), mediante la acción de microorganismos de vida libre, simbióticos o asociados a plantas, como se muestra en la ecuación química a continuación:
N2 + 8e– +8H++16ATP → Nitrogenasa → 2NH3 +H2 +16ADP+16Pi
Según Vieira (2017), el problema relacionado con la fijación del nitrógeno atmosférico se debe a la presencia del triple enlace covalente entre las moléculas, lo que hace que este gas sea altamente estable a temperatura ambiente. La ruptura de este triple enlace por microorganismos requiere la presencia de la enzima nitrogenasa.
Microorganismos fijadores de nitrógeno2 Pueden existir como organismos de vida libre y en asociaciones con plantas de diversos grados de complejidad. Estos microorganismos se pueden dividir en: 1. Fijadores de nitrógeno no simbióticos o de vida libre; 2. Fijadores de nitrógeno asociativos, que forman una relación casual y poco estructurada con las raíces o las partes aéreas de las plantas; y 3. Fijadores de nitrógeno simbióticos que fijan nitrógeno.2 en asociaciones organizadas con plantas superiores (VIEIRA, 2017).
Entre los agentes fijadores de nitrógeno simbióticos, hay algunos géneros de bacterias que destacan por su eficiencia y especificidad con las plantas leguminosas, los llamados rizobios, tales como: Rhizobium, Sinorhizobium (Ensifer), Mesorhizobium, Azorhizobium e Bradyrhizobium. Para que la simbiosis se produzca de forma óptima, son cruciales varios factores, como la disponibilidad de nutrientes (fósforo, cobalto, molibdeno, níquel), el pH del suelo (si es bajo, puede inhibir la acción bacteriana), la temperatura y un régimen hídrico adecuado.
b. Fijación física
Cabe destacar que también existe la fijación física de nitrógeno, donde el N atmosférico (N≡N o N)2El nitrógeno (NO3) se transforma en amonio mediante fenómenos físicos, como los rayos, cuya alta energía separa las moléculas de nitrógeno y permite que sus átomos se unan a las moléculas de oxígeno presentes en el aire, formando óxidos de nitrógeno, especialmente nitrato (NO3).3–Posteriormente, estas sustancias se disuelven en el agua de lluvia y se depositan en el suelo.
c. Sujeción industrial
Bajo altas temperaturas y presiones, el nitrógeno y el hidrógeno se unen, formando amoníaco (NH3).3Este proceso se conoce como Haber-Bosch y es el punto de partida para la fabricación de diversos productos para la agricultura y la industria.
2 – Amonificación
Tras la fijación, tiene lugar la etapa de amonificación, en la que se absorbe el nitrógeno orgánico en forma de amoníaco (NH3).3) se mineraliza en amonio (NH4+La amonificación se produce mediante acción enzimática y en presencia de agua. El amoníaco es insoluble en agua y altamente tóxico para los tejidos vegetales. Este proceso involucra microorganismos aerobios y anaerobios, exclusivamente heterótrofos, que utilizan materia orgánica como fuente de energía. Ecuación química del proceso de amonificación:
NUEVA HAMPSHIRE3 + H2EL → NUEVA HAMPSHIRE4+ + OH–
La fertilización nitrogenada complementa la capacidad del suelo para suministrar nitrógeno mediante la mineralización de sus reservas de materia orgánica, que generalmente son elevadas en relación con las necesidades de las plantas (MESSIAS et al., 2008). Según estos autores, los fertilizantes nitrogenados se clasifican habitualmente en orgánicos o químicos, en función de su modo de acción y las condiciones generales de aplicación.
Messias et al. (2008) sugieren que los fertilizantes nitrogenados minerales se dividen en cuatro grupos: amoniacales, nítricos, nítrico-amoniacales y amidas. Por otro lado, los fertilizantes nitrogenados orgánicos se originan a partir de la mineralización de residuos vegetales y animales mediante la acción efectiva de la microbiota del suelo (MESSIAS et al., 2008).
La urea, ampliamente utilizada en la agricultura, es un fertilizante químico de tipo amida que, al aplicarse, se hidroliza rápidamente mediante un proceso bacteriano con la enzima ureasa. Esto resulta en la disponibilidad inmediata de nitrógeno, lo cual, desde un punto de vista edáfico y fisiológico, no es deseable, ya que su liberación inmediata incrementa las pérdidas por lixiviación e incluso volatilización.
Por lo tanto, el uso de fertilizantes orgánicos con matrices de aminoácidos tiende a ser más eficiente, ya que la liberación se produce gradualmente, minimizando las pérdidas y haciendo que el nitrógeno esté disponible durante todo el ciclo de producción.
En general, el proceso de amonificación puede verse influenciado por condiciones edafoclimáticas como la humedad, la aireación, la temperatura y el pH. Además, al ser un proceso biológico, también puede verse afectado directamente por la actividad microbiana del suelo.
3 – Nitrificación
La nitrificación consiste en la oxidación del amonio (NH3).4+) nitrato (NO3–), donde las bacterias nitrificantes utilizan amoníaco como fuente de energía y dióxido de carbono (CO₂).2) como fuente de carbono (NANES, 2017). Este proceso solo ocurre en presencia de oxígeno, ya que lo llevan a cabo bacterias aerobias. Este paso se divide en dos partes, como se muestra en las siguientes ecuaciones químicas:
2NH3 + 3O2 → 2H+ + 2NO2– + 2H2O + energía (ecuación a)
2NO2– + El2 → 2NO3– + energía (ecuación b)
La ecuación “a” corresponde al proceso de nitrosación, que ocurre a través de la acción de bacterias del género Nitrosomonas. En este momento, se está produciendo la formación de nitrito, que se oxidará a nitrato en la ecuación "b", llamada nitrificación, llevada a cabo por especies del género. Nitrobacter. Según Vieira (2017), las bacterias involucradas en la nitrificación utilizan compuestos de nitrógeno como fuente de energía y CO₂.2 como fuente de carbono, que requieren O2 en sus procesos metabólicos y tienen un crecimiento muy lento.
Entre los factores que afectan positiva o negativamente al proceso de nitrificación se encuentran la aireación del suelo, ya que las bacterias responsables de esta etapa son aerobias; la temperatura (idealmente entre 26 ºC y 32 ºC); la humedad del suelo; el encalado; y el uso de fertilizantes.
Las relaciones C/N también influyen directamente en el proceso de nitrificación. Según Victoria et al. (1992), cuando son elevadas, provocan la inmovilización del N mineral, al menos temporalmente, interrumpiendo la nitrificación por falta de sustrato y pudiendo causar deficiencia de nitrógeno en las plantas. Según Moreira y Siqueira (2006), en un suelo que ofrece condiciones favorables para la nitrificación, el nivel de nitrato es razonablemente alto, mientras que la relación C/N del suelo es baja. Además, según estos autores, cuando se añade una gran cantidad de residuos orgánicos con una alta relación C/N, los microorganismos que actúan en la descomposición de la materia orgánica se vuelven muy activos, produciendo grandes cantidades de CO₂.2, lo que provoca que el nitrato y el amonio prácticamente desaparezcan del suelo.
4 – Desnitrificación
Según Victoria et al. (1992), la desnitrificación biológica y la volatilización del amoníaco representan las pérdidas gaseosas más significativas de nitrógeno del suelo.
El proceso de desnitrificación consiste en la eliminación de compuestos oxigenados unidos al nitrógeno, devolviéndolo a la atmósfera en forma gaseosa y completando así el ciclo biogeoquímico de este elemento. Este paso solo es posible gracias a la acción de microorganismos anaeróbicos del suelo que, durante su respiración, utilizan nitrato y compuestos de carbono como fuente de energía, liberando nitrógeno gaseoso a la atmósfera. La reacción química se describe a continuación:
5C2h6O + 12NO3– + 12 H+ → 10CO2 + 21:002O + 6N2(gramo)
En el proceso de formación de N2 Pueden formarse algunos subproductos, como el óxido nitroso (N₂).2O) y óxido nítrico (NO) (NANES, 2017). Estos gases son altamente tóxicos y contribuyen al calentamiento global y a la destrucción de la capa de ozono. Según Bortoli et al. (2012), la emisión de N2El O2 tiene un potencial de efecto invernadero 300 veces mayor que el del CO2.2, Actualmente es el tercer gas de efecto invernadero más importante en la atmósfera, solo por detrás del CO₂.2 (dióxido de carbono) y CH4 (metano).
Las principales variables que afectan el proceso de desnitrificación en la naturaleza son: la concentración de nitrato y nitrito, el contenido de materia orgánica, la presencia de oxígeno disuelto, el rango de pH y la temperatura. De estos factores, la concentración de nitrato endógeno presente en el agua es uno de los principales factores limitantes del proceso (CHAVES et al., 2003).
5 – Asimilación por la planta
Los elementos presentes en la solución del suelo son absorbidos por las plantas a través de sus raíces. La asimilación de nitrógeno por la planta se produce a través de las formas minerales de NH3.4+ (amonio) y NO3– (nitrato).
Fertilización nitrogenada: ¿qué aplicar?
Entre los principales productos de ILSA Brasil se encuentra Azoslow, un fertilizante organomineral granulado derivado de tecnología italiana. Su característica clave es una formulación que promueve la liberación gradual de nitrógeno mediada por microorganismos, proveniente de Azogel (matriz orgánica exclusiva de ILSA) en combinación con urea. Azoslow contiene 291 TP3T de nitrógeno total en su composición, además de un alto contenido de carbono orgánico y CIC. Esta alta concentración de carbono orgánico contribuye eficazmente a incrementar la actividad microbiana en el suelo cerca del área de aplicación del fertilizante.
El uso de este fertilizante organomineral reduce la frecuencia de aplicación de nitrógeno gracias a su liberación gradual, lo que garantiza la disponibilidad de este mineral en el suelo durante un período más prolongado. Esto permite mayores ahorros y un menor uso de maquinaria, equipos y mano de obra, como ya lo han demostrado investigaciones científicas en Brasil. Además, estimula el desarrollo radicular, permitiendo que las plantas exploren una mayor superficie de suelo en busca de agua y nutrientes, incrementando así la productividad y la rentabilidad por hectárea.
Autores
- Ingeniero Agrónomo, MSc. Aline Tramontini dos Santos
- Ing. Agr. Ana Elisa Velho
- Ingeniero Agrónomo, MSc. Thiago Stella de Freitas
Referencias bibliográficas
BORTOLI, M. et al. Emisión de óxido nitroso en procesos biológicos de eliminación de nitrógeno de efluentes. Ingeniería sanitaria y ambiental, Río de Janeiro, v. 17, n. 1, pág. 01-06, 2012.
CHAVES, RA, ABE, DS, TUNDISI, JG, MATSUMURA-TUNDISI, T. Factores de control de la desnitrificación en la columna de agua del antiguo embalse Cepta/Ibama, Pirassununga, São Paulo. Boletín Técnico y Científico – CEPNOR, Belém, v.3, n.1, pág. 197-213, 2003.
MESSIAS, AS et al. Recomendaciones de fertilización – Fertilizantes, PE, págs. 83-103, 2008.
MOREIRA, FMS; SIQUEIRA, JO Microbiología y bioquímica del suelo, Editorial de la UFLA, Lavras, 2006. 729 págs.
NANES, MB Influencia del amoníaco libre en la nitrificación parcial en reactores en serie anaeróbicos y aeróbicos. Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), Recife, 2017, 83 págs. (Tesis doctoral)
SANTOS, VS dos. “Ciclo del nitrógeno”; Brasil Escola. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/biologia/ciclo-nitrobenio.htm. Consultado el 19 de septiembre de 2020.
VICTORIA, RL, et al. Microbiología del suelo (cap. 08), Sociedad Brasileña de Ciencias del Suelo, Campinas, 1992, 360 págs.
VIEIRA, RF Ciclo del nitrógeno en los sistemas agrícolas. Embrapa, Brasilia, 2017. 163 págs.
