ES2940135A1

ES2940135A1 - Composicion y uso de fertilizante liquido para fertirrigacion con alto contenido en fosforo

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Publication number: ES2940135A1
Application number: ES202131023A
Authority: ES
Inventors: Fernandez Francisco Javier Lucas; Vara Cristian Navarro; Marin Beatriz Vazquez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-03

Abstract

Composición y uso de fertilizante líquido para fertirrigación con alto contenido en fósforo. La invención proporciona una composición fertilizante líquida de fertirrigación con un alto contenido en fósforo asimilable consistente en una solución de polifosfato de amonio y un aditivo coadyuvante seleccionado de poliaspartato de potasio, donde la proporción entre el polifosfato de amonio y el poliaspartato de potasio es tal que la composición presenta una alta estabilidad de almacenamiento, una elevada solubilidad en agua, baja conductividad eléctrica y pH neutro.

Description

DESCRIPCIÓN

Composición y uso de fertilizante líquido para fertirrigación con alto contenido en fósforo

La presente invención se refiere a una composición fertilizante líquida para fertirrigación con un alto contenido en fósforo asimilable por los cultivos, enfocado como solución para incrementar la eficiencia de empleo de este en agricultura, y más concretamente en las tecnologías destinadas a la formulación y uso de fertilizantes líquidos ricos en fósforo más asimilable para la fertirrigación.

En particular, esta invención proporciona una composición fertilizante líquida para fertirrigación con un alto contenido en fósforo asimilable, consistente en una solución de polifosfato de amonio y un aditivo coadyuvante seleccionado, poliaspartato de potasio, cuya composición proporciona una alta estabilidad de almacenamiento y empleo, una total solubilidad en agua, baja conductividad eléctrica y pH neutro.

El fósforo (P) es uno de los tres nutrientes principales que las plantas necesitan para desarrollarse, junto al nitrógeno (N) y el potasio (K), siendo un elemento clave para la realización de la fotosíntesis. Además, constituye un transportador de nutrientes y transmisor de energía (en forma de Adenosín Trifosfato, ATP), así como forma parte de las membranas celulares. A nivel agronómico, el fósforo cumple funciones importantes como la estimulación del crecimiento y desarrollo foliar, la promoción del crecimiento de las raíces y la mejora de la calidad de los frutos. En general, la carencia de fósforo conduce a un desarrollo débil de la planta, tanto de su parte aérea como del sistema radicular. Las hojas son más delgadas, lanceoladas, con nerviaciones menos pronunciadas y presentan un color azul verdoso oscuro, pudiendo incluso llegar a su senescencia prematura.

El fósforo está presente de forma natural en la corteza terrestre, tanto en formas orgánicas como inorgánicas. in embargo, su disponibilidad para las plantas es escasa debido a los procesos químicos que fijan el fósforo soluble en formas insolubles, no aptas para la nutrición vegetal, por ejemplo, por la formación de fosfatos de calcio en suelos alcalinos y de fosfatos de hierro y aluminio en suelos ácidos. En el suelo, el fósforo disponible para las plantas está presente en formas inorgánicas solubles como ortofosfatos, (H ² PO ^4- y HPO ^4-2 ). El fósforo inorgánico presente en minerales primarios del suelo, como la apatita, strengita y variscita, es muy estable, poco móvil y escasamente aprovechable por la planta (A. Ludwick (1989) Western fertilizer handbook horticulture. Editor: Interstate Publishers Inc). Los ratios de disolución de minerales secundarios de fósforo, como fosfatos de calcio (Ca), hierro (Fe) y aluminio (Al), varían dependiendo del tamaño de partícula y del pH del suelo (Pierzynski GM, McDowell RW, Sims JT (2005), Chemistry, cycling, and potential moment of inorganic phosphorus in soils, en JT Sims, AN Sharpley, eds, Phosphorus: Agriculture and the Environment. American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, Soil Science Society of America, Inc., Madison, WI, pp 53-86). Generalmente, al aumentar el pH del suelo, la solubilidad de los fosfatos de Fe y Al se incrementa, y por tanto su disponibilidad para la planta, pero disminuye la del fostato de Ca, estableciéndose un equilibrio entre las especies en un rango de pH determinado. Esto hace que en suelos ácidos haya una relación directa entre el fósforo disponible y los fosfatos de calcio, mientras que en suelos neutros y básicos (caliza) el fósforo disponible depende de los fosfatos de Fe y Al (Parfitt RL (1989), Phosphate reactions with natural allophone, ferrihydrite and goethite. J Soil Sci 40: 359-369; Lindsay WL, Vlek PLG, Chien SH (1989), Phosphate minerals. In JB Dixon, SB Weed, eds, Minerals in Soil Environment, Ed 2. Soil Science Society of America, Madison, WI, pp 1089-1130).

En el caso del fósforo orgánico, este representa entre el 30 y el 50% del fósforo total presente en los suelos y suele encontrarse en mayor proporción en las capas superficiales que en el subsuelo, debido a la acumulación de materia orgánica en las mismas. El fósforo orgánico forma parte de biomoléculas como fosfolípidos, ácidos nucleicos y fitina. Esta última es un fosfato de inositol que representa más de un 50% del fósforo orgánico total presente en los suelos.

La agricultura es una de las actividades humanas involucrada en el ciclo del fósforo (Oelkers EH, Valsami-Jones E (2008), Phosphate mineral reactivity and global sustainability. Elements 4: 83-872) donde la concentración disponible de este apenas supera los 10 mM (Bieleski RL (1973), Phosphate pools, phosphate transport, and phosphate availability, Annu Rev Plant Physiol 24: 225-252), muy inferior a la que una planta puede necesitar, que se calcula entre 5 y 20 mM, en función del tipo de cultivo (Raghothama KG (1999), Phosphate acquisition, Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 50: 665-693).

En los fertilizantes fosforados más empleados en la actualidad, el fósforo está presente en formas ácidas como ácido fosfórico, o como sales de fosfatos de potasio, calcio y amonio y polifosfatos de amonio.

Dadas las particulares condiciones de la disponibilidad del fósforo citadas anteriormente, el ácido fosfórico se suele emplear en suelos calizos, donde, además de la propia aportación de fósforo como nutriente, su aplicación produce una reducción del pH provocada por el ácido que redisuelve los precipitados de fosfatos inorgánicos de calcio. Es importante destacar que no se produce una reducción de la formación de fosfatos de calcio, sino que al acidificarse estos se solubilizan. Sin embargo, esta aportación de fósforo en forma de ácido fosfórico acidifica el suelo, modificando puntualmente sus condiciones. En lo que concierne a los fosfatos de potasio, calcio y amonio, tienen poca movilidad y penetran poco en el suelo. Asimismo, pueden fijarse a los minerales presentes en el suelo, según el pH del mismo, y disminuir la cantidad de fósforo asimilable por la planta.

Por otro lado, los polifosfatos de amonio son polímeros de ácido fosfórico que, en sus formas de cadena más corta (2, 3, 4, 5 y 6 átomos de fósforo), son solubles en agua (véase por ejemplo los documentos US7160350B2 o ES2390612T3). Sin embargo, en su aplicación en disolución, por ejemplo, mediante fertirrigación, son susceptibles de reaccionar con el calcio formando sales insolubles (fosfato de calcio) que dejan incrustaciones en las instalaciones de irrigación, depositándose en los sistemas de filtrado, inyección, distribución y/o emisión, pudiendo llegar a obstruirlos. Igualmente, dado que tales sales son insolubles en agua, su disponibilidad para las plantas es nula. Algunos fertilizantes basados en polifosfatos de amonio reducen temporalmente estos inconvenientes, hasta que la cadena polimérica es solvatada totalmente en el agua, hidrolizándose en sales. Así, cuanto mayor es la unidad del polifosfato de amonio, tendrá mayor capacidad de minimizar las incrustaciones, mientras que su biodisponibilidad para las plantas será mucho menor. A medida que las unidades de polifosfato se hidrolicen, se reducirá su biodisponibilidad como consecuencia de la formación de sales insolubles de calcio, hierro y aluminio en función de las características físico-químicas del agua de riego y del suelo.

Así, el objeto de la presente invención es proporcionar una composición fertilizante de alto contenido en fósforo asimilable por la planta y de aplicación por fertirrigación, que no conlleve las desventajas e inconvenientes citados anteriormente de los fertilizantes fosforados convencionales. La presente invención limita la formación de sales insolubles de fosfato de calcio, hierro y aluminio, en suelos de pH alcalino o ácido, así como en la hidrólisis de los enlaces O-P del polifosfato, liberando aniones ortofosfatos que no interaccionan con el calcio en la disolución del suelo, evitando la formación de precipitados.

La invención resuelve el objeto indicado proporcionando una composición fertilizante líquida de aplicación directa para la fertirrigación, en particular en suelos calizos o ácidos empleando aguas de riego alcalinas y/o duras y soluciones nutritivas ácidas o básicas, facilitando una mayor biodisponibilidad del fósforo, minimizando la formación de sales de fosfatos insolubles, manteniendo un pH cercano a la neutralidad y una conductividad eléctrica en solución inferior a los fertilizantes fosforados convencionales. Esta composición fertilizante consiste en una solución de polifosfato de amonio soluble y un aditivo coadyuvante seleccionado de poliaspartato de potasio.

En la presente descripción y reivindicaciones, “polifosfato de amonio soluble” se refiere al producto de polimerización de fosfato de amonio con una solubilidad superior a 1.000 g/l, medida a 20°C. Igualmente, “poliaspartato de potasio” se refiere a un polímero de condensación de monómeros de ácido aspártico en su forma de sal de potasio.

Entre las funciones del polifosfato de amonio soluble encontramos el aumento de la disponibilidad y la eficiencia de fósforo, tanto para cultivo como para suelo. Por su parte, el poliaspartato de potasio, en su función como surfactante es capaz de mantener en solución las sales insolubles de fósforo, evitando la formación de incrustaciones y obstrucciones en los sistemas de irrigación (filtrado, inyección, distribución y/o emisión). Paralelamente, este componente como adyuvante mejora la biodisponibilidad, la absorción y la asimilación del fósforo por las plantas.

De igual modo, la composición fertilizante de la invención permite evitar la formación de sales fosfóricas insolubles (fosfatos de calcio, aluminio o hierro) que podrían acumularse en el suelo en especies químicas no asimilables por las plantas, generando con ello desequilibrios químicos (incremento de la conductividad eléctrica por acumulación de sales, desequilibrio e interacción de nutrientes, afectación de la capacidad de intercambio catiónico del suelo, pérdida de estructura del suelo, pérdida de fertilidad, etc.), biológicos y ambientales (principalmente por la afectación a la microbiota del suelo y la limitación del desarrollo de la rizosfera del cultivo), y en las aguas superficiales y subterráneas (principalmente, por la aportación de escorrentías y lixiviados en profundidad provenientes de la acumulación de sales insolubles que, en último término, pueden causar la contaminación de acuíferos, eutrofización de aguas, etc.), así como también evita la aparición de incrustaciones provocadas por la acumulación de estas sales en los sistemas de riego (impulsión, inyección, filtrado, distribución, emisión, etc.) y/o en los sistemas de tratamientos contra plagas, enfermedades y/o malas hierbas, llegando a mejorar su eficacia.

En la composición fertilizante líquida de la invención, la solución de polifosfato de amonio soluble está presente en una proporción en peso del 60 al 75% y el poliaspartato de potasio está presente en una proporción en peso del 40 al 25%. Dicha proporción es clave para conseguir, especialmente en suelos calizos o ácidos y/o con empleo de aguas duras y soluciones nutritivas ácidas o básicas, una mayor disponibilidad de fósforo, siendo óptima la concentración indicada anteriormente de polifosfato de amonio soluble y poliaspartato de potasio (véanse los ejemplos a continuación). Igualmente, este aspecto es un factor importante para conseguir una estabilización de la composición de la invención, evitando reacciones químicas secundarias que puedan alterarla, prolongando así su vida útil. En ese sentido, la composición fertilizante de la invención mantiene en disolución acuosa los iones fósforo (PO ^4-3 , H ² PO ^4- , HPO ^4-2 ), Ca, Fe y Al, y sus respectivas sales, sin que interaccionen entre ellos, de forma prolongada, previniendo así las pérdidas e inconvenientes provocados por su formación, resultando en una formulación estable bajo condiciones de almacenamiento y una prolongada vida útil.

En la composición fertilizante de la invención, si bien se han evaluado diferentes fuentes de fósforo (véanse los ejemplos), finalmente se utiliza polifosfato de amonio debido a que cumple ciertos requisitos esenciales:

• Una elevada solubilidad en agua, superior a 1.000 g/l (medida a 20°C), lo que permite disminuir el agua de riego en su aplicación.

• Una baja conductividad eléctrica, de 0,23 dS/m a una concentración de 0,25 g/l hasta un máximo de 1,31 dS/m a una concentración de 2 g/l o superior, lo que evita cambios en la salinidad del suelo y permite utilizar mayores concentraciones del componente durante la fertirrigación.

• Un pH cercano a la neutralidad, de 6,85 medido a una concentración del 1% en agua, sin afectar por tanto a la biodisponibilidad de nutrientes debido a cambios del pH del suelo.

• Por último, dado que los fosfatos no se encuentran como aniones libres, sino unidos mediante enlaces O-P, disminuye la formación de fosfato de calcio en comparación con otras fuentes de fósforo, minimizando la pérdida de fosfato por formación de esta sal. Además, al ser una forma polimérica, es necesario que se produzca la hidrólisis de los enlaces O-P para que puedan ser absorbidos por la planta, lo que genera un producto de fósforo de liberación lenta.

La presencia del poliaspartato de potasio no modifica esencialmente el pH de la composición de la invención ni su conductividad eléctrica y, tal como se indica en los ejemplos, minimiza la formación de fosfato cálcico, facilitando una gran biodisponibilidad del fósforo en el suelo para la planta y, por tanto, de calcio y otros nutrientes con los que el fosfato pudiera interaccionar.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, la composición fertilizante de la invención es estable bajo condiciones de almacenamiento a las temperaturas habituales de uso, preferentemente por debajo de 40°C y por encima de 12°C.

Con respecto al uso de la composición fertilizante líquida para fertirrigación, algunos de los parámetros físicos destacados son la densidad y la viscosidad. Así, un valor elevado de la densidad tiene como consecuencia una mayor cantidad de nutrientes en un volumen determinado y, en consecuencia, la cantidad de composición fertilizante a suministrar por fertirrigación es inferior. Por otro lado, una alta viscosidad dificulta su aplicación y, en último término, puede provocar la obstrucción de los sistemas de fertirrigación. En este caso particular, la composición fertilizante de la invención tiene una densidad de 1,38 g/l medida a 20°C y una viscosidad de 15 cP medida a 25°C con un viscosímetro 6R/L Plus. Por tanto, los parámetros físicos determinados para la composición fertilizante de la invención hacen que esta sea adecuada para su aplicación por fertirrigación.

Por último, la dosis adecuada para la fertirrigación con la composición fertilizante de la invención es de 20-50 litros por hectárea de cultivo.

Ejemplos

Ejemplo 1: Estudio de selección de polifosfato de amonio y poliaspartato de potasio

Se llevó a cabo un estudio para determinar la fuente de fósforo más adecuada para la composición fertilizante aquí descrita, seleccionándose cinco compuestos fosforados: fosfato amónico (MAP), ácido fosfórico (PA), fosfato monopotásico (MKP), polifosfato de amonio (APP) y urea fosfato (UP). De éstos se seleccionaron UP (solubilidad 960 g/l medida a 20°C), PA (solubilidad > 1.000 g/l, medida a 20°C) y APP (solubilidad > 1.000 g/l, medida a 20°C) debido a su alta solubilidad, para reducir el agua de fertirrigación (el uso de fertilizantes con baja solubilidad implica una mayor necesidad de agua para alcanzar las mismas unidades de fertilizante por planta).

En la selección de una fuente de fósforo adecuada también son importantes parámetros como el pH y la conductividad eléctrica. A este respecto, el pH del suelo permite determinar su naturaleza ácida, básica o neutra, lo cual está íntimamente ligado a la disponibilidad de los diferentes nutrientes del suelo para la planta debido a posibles reacciones químicas, como precipitación o complejación. En este sentido, los suelos neutros, con un pH entre 6.5 y 7.5, poseen una mayor disponibilidad de la mayoría de los nutrientes.

Por ello, se analizó el pH de las fuentes de fósforo seleccionadas (UP, PA y APP) utilizando un pHmetro modelo Sesion+pH31 CR2114. Como se puede observar en la tabla 1, con 1% (p/v %), UP y PA tienen un pH ácido y APP presenta un pH próximo a la neutralidad.

Tabla 1

Paralelamente, se estudió la conductividad eléctrica determinada mediante un conductímetro de mesa MetroHm 712, donde los resultados se muestran en la tabla 2:

Tabla 2

Como se puede observar, el APP posee una baja conductividad eléctrica y un valor máximo de 1,31 dS/m de la misma. Dada su conductividad, su alta solubilidad en agua y su pH neutro, se seleccionó APP como fuente de fósforo. Asimismo, se estudió el porcentaje de pérdida de fósforo por formación de fosfato de calcio. Para ello, se añadió un gramo de las fuentes de fósforo a disoluciones de 200 ppm del ion calcio, se centrifugó y se decantó el sobrenadante. El precipitado obtenido se filtró y se sometió a un proceso de calcinación a 550°C para determinar la cantidad de fosfato de calcio. Los resultados se muestran en la siguiente tabla :

Tabla 3

Para la selección del aditivo, se realizaron ensayos similares con diferentes aditivos solubles en agua (A1 a A5, ensayos ciegos). Respecto al pH, todos ellos fueron compatibles en la formulación con fertilizantes líquidos, por lo que este parámetro no se tomó como relevante para su selección. En cuanto a la conductividad eléctrica, esta se midió de igual forma que para el caso de la fuente de fósforo, obteniéndose los resultados mostrados en la Tabla 4.

Tabla 4

Como se desprende de los resultados obtenidos, los aditivos A2 y A3 tienen valores de conductividad bajos, mientras que los aditivos A4 y A5 mostraron una conductividad más elevada, por lo que estos últimos fueron descartados ya que pueden provocar una modificación del grado de salinidad del suelo.

Finalmente, se estudió la disminución de fosfato de calcio que se genera como consecuencia de la presencia del aditivo, encontrándose que el aditivo A3 era el más eficiente en minimizar esta pérdida, facilitando la biodisponibilidad del fósforo. El aditivo A3 resultó ser poliaspartato de potasio.

Como conclusión, se realizaron ensayos similares para la combinación de polifosfato amónico como fuente de fósforo y poliaspartato de potasio como aditivo, combinando ambos en la composición fertilizante de la invención. Los resultados se muestran en la tabla 5:

Tabla 5

Con estos resultados se observa que los porcentajes empleados del aditivo junto al polifosfato de amonio inhiben la formación de precipitados, manteniéndose a su vez la conductividad de la mezcla en valores bajos.

Ejemplo 2: Viscosidad y densidad de la combinación

La densidad de la combinación se calculó a partir de los datos obtenidos de 5 muestras de 70,00 g (promedio en peso 69,17 g), dando una densidad promedio de 1,38 g/l a 20°C (por inmersión de las muestras en un baño termostático Memmert). La viscosidad se midió mediante un viscosímetro 6R/L Plus a 25°C, obteniéndose un valor de 15 cP, el cual es relativamente bajo en comparación con fluidos viscosos como la miel (20-100 cP).

Ejemplo 3: Composición de materia orgánica, macronutrientes y micronutrientes de la combinación de la invención

Una característica importante de los fertilizantes en general es el porcentaje de materia orgánica, macronutrientes y micronutrientes que posee. En la tabla 6 se recogen los datos característicos de la composición de materia orgánica de la combinación APP+A3:

Tabla 6

Los datos obtenidos muestran que la combinación fertilizante de la invención posee una composición NPK 8-26-1 y una baja concentración de sodio y calcio, así como una capacidad nutritiva que aporta macronutrientes, principales y secundarios, y una concentración considerable de microelementos, principalmente de manganeso y en menor proporción de Zn y B, no estando presentes metales pesados.

Claims

REIVINDICACIONES

Composición fertilizante líquida de fertirrigación con un alto contenido en fósforo asimilable consistente en una solución de polifosfato de amonio y un aditivo coadyuvante seleccionado de poliaspartato de potasio.

Composición fertilizante líquida de fertirrigación según la reivindicación 1, caracterizada porque la solución de polifosfato de amonio soluble está presente en una proporción en peso del 60 al 75% y el poliaspartato de potasio está presente en una proporción en peso del 40 al 25%.

Composición fertilizante líquida de fertirrigación según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque tiene una densidad de 1,38 g/l medida a 20°C y una viscosidad de 15 cP medida a 25°C con un viscosímetro 6R/L Plus.

Uso de la composición fertilizante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 para la fertirrigación de cultivos.

Uso de la composición fertilizante según la reivindicación 4, caracterizado porque la dosis adecuada para la fertirrigación es de 20-50 litros por hectárea de cultivo.