Estratégias para o aumento da eficiência do
uso de fósforo na agricultura brasileira
utilizando fertilizantes de base orgânica
Vinicius Benites
Daniel Zandonadi
Embrapa Solos
Embrapa Hortaliças
X Encontro Brasileiro de Substâncias Húmicas
Goiânia – 14 a 18 de outubro de 2013
Tecnologias para aumento da eficiência
do uso de fertilizantes e identificação de fontes
alternativas de nutrientes para a agricultura
brasileira
2
Roteiro
• Direcionamentos sobre o uso de fósforo no Brasil e no mundo
• Produção industrial de fertilizantes fosfatados de base orgânica
• Fluxo difusivo de P de fertilizantes fosfatados de base orgânica e
reações com o solo
• Processos biológicos de solubilização e efeitos fisiológicos de
fertilizantes fosfatados de base orgânica
• Avaliação agronômica de fertilizantes fosfatados de base orgânica
3
O Brasil apresenta uma forte dependência externa por fertilizantes e essa situação não
deve se modificar nos próximos 20 anos
Fonte: IFA (2011)
•
•
O fosfato é o 12o elemento mais abundante na crosta terrestre.
Em Marrocos estão localizadas cerca de 70% das reservas mundiais
identificadas (USGS, 2012).
Rochas fosfáticas são produzidas por 37 países, mas somente 4 desse
(China, Marrocos, EUA e Russia) detêm 72% da produção mundial
(IFA,2012).
•
5
Cordell (2009)
6
•
Cordell et al. (2009) alertaram sobre a proximidade do ponto
de inflexão da curva de balanço mundial de rocha fosfática,
chamado “peak phosphorus”,
The History of Phosphorus – Dana Cordell (2009)
7
Nos últimos 10 anos houve um incremento
significativo sobre as reservas mundiais,
sobretudo devido ao aumento das reservas
documentadas dos países do cinturão de fosfato
norte africano.
8
As reservas documentadas de rochas fosfáticas de Marrocos
cresceram de 5.700 Mt para 50.000 Mt (Van Kauenbergh, 2010).
9
• Rocha com 30 a 42 % de P2O5
• Reservas capazes de sustentar por mais de 40
anos o consumo mundial atual de fosfato
10
- O custo de extração e processamento do
fosfato é cada vez mais alto
-A concentração média de P2O5 nas rochas fosfáticas exploradas
globalmente reduziu em cerca de 10% nos últimos 20 anos (Liu, 2008)
11
Fosfatos sedimentares x ígneos
Francolitas sedimentares
Fluorapatitas de
origem ígnea
Fonte: Dr. Peter van Straaten
12
Resposta agronômica a aplicação de
diferentes fosfatos naturais
Fonte: Leon et al. (1986)
13
Depósitos Fosfáticos Nacionais
Rocha
14
Teor médio do minério
Teor médio do concentrado
(% P2O5)
fosfático (%P2O5)
Jacupiranga SP
5,0
36
Patos de Minas, MG
13,0
24
Araxá, MG
14,0
36
Tapira, MG
8,7
36
Catalão, GO
15,0
38
Arraias, TO
20,0
--
Ipanema, SP
6,7
38
Anitápolis, SC
8,0
35
O uso intensivo de fertilizantes aliado a adoção de práticas conservacionistas
promoveu o acúmulo de nutrientes em solos sob cultivo de grãos e fibras
Produtividade de soja, kg/ha
4500
35
30
Controle
4000
3500
3000
2500
2000
1500
71,4%
EXP verão + REC inverno (80 kg P2O5)
45,0%
REC verão + REC inverno (130 kg P2O5)
33,3%
1000
500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
y = 10 + 0,88x
Tempo (anos)
25
P, mg dm-3
REC inverno (50 kg P2O5)
20
15
y = 10 + 0,24x
10
y =10 - 0,03x
5
y =10 - 0,37x
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
S
T
S
A
S
A/N
S
T
G
A/N
17
18
19
20
S
M
S
M
S
M
S
T
Tempo (anos)
15
S
T
S
T
S
T
S
T
S
T
S
T
S
T
M
A
S
T
S
T
S
T
Fonte: Embrapa Soja
A fertilidade atualmente encontrada em muitos solos agrícolas sob cultivo de grãos
pode ser explicada pelo efeito residual de consecutivas adubações anuais
+ de 10 anos sob plantio direto
Cultivo de grãos
Areas de reserva com
cerrado nativo
Vegetação nativa
0-5
5-10
10-20
20-40
0-5
5-10
10-20
20-40
-
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Fósforo (mg dm-3)
Fonte: Ferreira Filho et al, 2008
16
12,00
14,00
No caso do fósforo, o compartimento orgânico do solo explica em muitas situações a
falta de resposta agronômica à adubação fosfatada
700
60
600
50
-40%
400
-20%
P=0
300
P = 720
-21%
30
P=0
20
200
P = 720
100
10
Orthophosphate Pi
0
Diester Po
0
0
6
9
15
Successive crops
350
0
6
9
15
Successive crops
300
+25%
250
P (mg/kg)
+33%
40
P (mg/kg)
P (mg/kg)
500
-16%
200
150
Alterações nas formas de fósforo em um
Latossolo Vermelho sob plantio direto
durante 15 anos agrícolas (análise por
ressonância magnética nuclear do 31P)
P=0
100
P = 720
50
Monoester Po
0
17
0
6
9
Successive crops
15
Fonte: Gatiboni et al. (2005)
Produção industrial de fertilizantes de base
orgânica
18
Parceria Embrapa Calderon Consulting
19
20
21
22
2 - 20 - 2
MO + MAP
5 - 20 - 2
23
MO + H3PO4
Microscopia eletrônica de varredura com
sonda de raio X (SEM-EDX)
Monoamônio fosfato
24
Organomineral fosfatado
Fluxo difusivo de P de
fertilizantes fosfatados e
reações com o solo
25
COOHCOOHH2PO4- H2PO4H2PO4-
COOH-
COOHH2PO4COOH- H2PO4-
H2PO4COOH-
(McLaughlin et al.,2011)
26
Hipóteses científicas relacionadas ao mecanismo de interação entre
matéria orgânica e fósforo em fertilizantes de base orgânica
• Como as substâncias orgânicas provenientes do fertilizante
organomineral interagem com os cátions presentes na solução do solo na
zona de precipitação ao redor do fertilizante?
• Como as substâncias orgânicas provenientes do fertilizante
organomineral interagem com a superfície dos minerais na zona de
adsorção? Essa interação previne a adsorção de P?
• Qual o efeito da matéria orgânica provenientes do fertilizante
organomineral sobre a microbiota do solo? Como isso se reflete sobre a
dinâmica do P?
• Existe algum efeito das substâncias orgânicas provenientes do
fertilizante organomineral sobre os transportadores de nutrientes das
raízes? Como isso afeta a eficiência de aquisição de P pelas plantas?
27
Kansas State University
PhD Ganga Hettiarachchi
Assistant Professor
Soil & Environmental Chemistry
28
Doutorando: Rodrigo Coqui
Orientador: Takashi Muraoka
29
BEFORE
INCUBATION
SSP
AFTER
INCUBATION
Rodrigo Coqui da Silva, ASA,CSSA,SSSA, 2012
30
SAP
LGF
50
SSP
SSP
Exposed
Before
Original
After
Weight ( % )
40
30
Mainly
Al and Fe
20
10
0
P
Ca
S
O
C
*Others: Fe, Al, K, Ti, Si, F, Mg, Br, Pt
Rodrigo Coqui da Silva, ASA,CSSA,SSSA, 2012
31
Others*
Fe2+
P
H2 O
Outros
Rodrigo Coqui da Silva, ASA,CSSA,SSSA, 2012
32
Mg2+
Ca2+
Al3+
33
Laboratório Nacional de
Luz Syncrothron
Linha de
fluorescência de
raio X Syncothron - XRF
34
Monoamônio fosfato
100,00
P(% of P added)
80,00
60,00
Soil A pH 5,2
Soil B pH 5,7
40,00
20,00
0,00
0 - 7.5
7.5 - 13.5
13.5 - 25.5
25.5 - 43
Distances (mm)
Organomineral fosfatado
P(% of P added)
100,00
80,00
60,00
Soil A pH 5,2
Soil B pH 5,7
40,00
20,00
0,00
0 - 7.5
7.5 - 13.5
13.5 - 25.5
25.5 - 43
Distances (mm)
Castro et al., 2013 – projeto XAFS 1 - 14453
35
Synchrotron-Based Analysis
X-ray Absorption Near Edge Structure
Spectroscopy (XANES)
Beauchemin (2003)
36
Silva (2012)
Processos biológicos de
solubilização e aumento
da eficiência do uso de
fertilizantes
37
Fonte: Dr. Peter van Straaten
Fonte: Dr. Peter van Straaten
39
mecanismo de ação para solubilização é a
odução de ácidos orgânicos (ácido cítrico,
álico, málico, maléico, piscídico, etc)
icroorganismos produzem grandes quantidades
compostos orgânicos bioestimulantes
Efeitos de SHs sobre o aumento na
absorção de P em solo ou solução
41
Efeito de 100 mg/L de C de AH sobre a absorção
de nutrientes em solução nutritiva de Hoagland
 1,5X
(Jannin et al., 2012)
42
Efeito de 20 mg/L de C na forma de AH sobre a
produção de raízes laterais e a sinalização celular
ZANDONADI, D.B., et al. (2010)
43
Avaliação agronômica
Joaquim Frazão, UFG, 2013
44
45
46
47
Safra 2010/2011
48
Safra 2011/2012
49
50
51
Rede de Avaliação Agronômica da Rede FertBrasil
67 experimentos na safra 2012/2013
52
Obrigado
Thank You
Gracias
Merci
‫شكرا‬
Vinicius Benites
[email protected]
+55 64 96411696
54
Hipótese de ação hormonal de Substâncias Húmicas
OA
OA
ABA
.
OA.
IAA
OA
PA . .
HS
X
CK
.
..
..... OA
..
GA
ALK
.
. . . ..
. .
.
HS
(Zandonadi et al., 2013) Theoretical and Experimental Plant Physiology, 25(1): 12-25, 2013