Di: T.L. Provin e L.R. Hossner
Una produzione efficiente di colture richiede un’adeguata fornitura di tutti i nutrienti essenziali per le piante. Tuttavia, l’uso di fertilizzanti commerciali a base di azoto (N) per aumentare la produzione, mantenere i profitti e fornire cibo e fibre a basso costo è una necessità dell’agricoltura moderna. In generale, le colture hanno bisogno di azoto nella quantità maggiore di tutti i nutrienti vegetali.
L’effetto ambientale dei fertilizzanti azotati è stato un problema a lungo termine. La preoccupazione per l’inquinamento da azoto di fiumi, laghi e acque sotterranee ha fatto sì che i produttori agricoli diventassero sempre più consapevoli del loro potenziale contributo al problema dell’inquinamento totale.
Per utilizzare efficacemente l’azoto e limitare il suo impatto negativo sull’ambiente, i produttori devono sviluppare una consapevolezza della chimica dell’azoto e di come viene aggiunto e rimosso dal suolo.
I fertilizzanti commerciali usati dai produttori agricoli sono una fonte significativa di aggiunta di azoto al suolo. L’azoto è continuamente riciclato attraverso i residui di rifiuti vegetali e animali e la materia organica del suolo. L’azoto viene rimosso dal suolo dalle colture, dalla perdita gassosa, dal ruscellamento, dall’erosione e dalla lisciviazione. L’entità e il meccanismo responsabile delle perdite di azoto dipendono dalle proprietà chimiche e fisiche di un dato suolo. La figura 1 è una rappresentazione schematica dei possibili guadagni e perdite di azoto del suolo.
Chimica dell’azoto
L’azoto costituisce il 79% dell’aria che respiriamo. I 6 pollici di superficie di un terreno fertile di prateria possono contenere da 2 a 3 tonnellate di azoto per acro. L’aria sopra questo stesso acro conterrà circa 35.000 tonnellate di gas azoto inerte (N2). La maggior parte dell’azoto che si trova nel suolo ha origine come gas N2 e quasi tutto l’azoto nell’atmosfera è gas N2. Questo azoto inerte non può essere utilizzato dalla pianta finché non viene trasformato in forme di ammonio (NH4 +) o nitrato (NO3 – ).
Tre metodi importanti per cambiare l’azoto gassoso (N2) in ammonio (NH4 +) sono:
- Batteri fissatori di N2 che vivono liberi
- Batteri fissatori di N2 nei noduli sulle radici delle piante leguminose, e
- Fabbriche di produzione di fertilizzante azotato.
Un altro metodo importante di conversione di N2 è attraverso il fulmine. Quando i fulmini lampeggiano, l’azoto gassoso nell’aria surriscaldata viene convertito in nitrato (NO3 – ) e nitrito (NO2 – ). Il fulmine può rappresentare da 1 a 50 libbre di azoto disponibile alle piante per acro all’anno.
Anche se l’azoto entra nel suolo in diverse forme chimiche, alla fine si converte nello ione nitrato inorganico (NO3 – ). La figura 1 mostra che NO3 – può essere usato dalle piante, essere riconvertito in azoto gassoso o essere lisciviato verso il basso con l’acqua del suolo.
Fertilizzanti commerciali, residui vegetali, concimi animali e liquami sono le fonti più comuni di aggiunta di azoto al suolo. I tassi di applicazione variano ampiamente. I tassi di applicazione singola possono essere fino a 150 libbre di azoto equivalente per acro per colture come la bermudagrass costiera. Tuttavia, questi alti tassi di applicazione dovrebbero essere limitati ai terreni con un basso potenziale di erosione e di deflusso.
L’azoto nei materiali organici (residui vegetali, concimi animali, liquami, materia organica del suolo) è presente come parte di proteine, aminoacidi e altri materiali vegetali e microbici. Diventa disponibile per le piante solo dopo che il composto viene decomposto dai microrganismi del suolo. Questo è chiamato “mineralizzazione” (Fig. 2). Il primo passo della mineralizzazione è l'”ammonificazione”. L’ammonio (NH4 +) derivato dall’ammonificazione è poi convertito in azoto nitrico (NO3 – -N) dai batteri “nitrificanti” nel suolo attraverso il processo chiamato “nitrificazione”.”
Le posizioni delle reazioni di ammonificazione e nitrificazione nel ciclo dell’azoto sono mostrate nella Figura 1. Lo ione ammonio caricato positivamente (NH4 +) prodotto dall’ammonificazione o aggiunto al suolo nei fertilizzanti è attratto dalle particelle di argilla caricate negativamente nel suolo. Tuttavia, nella maggior parte dei terreni non aridi lo ione NH4 + viene rapidamente trasformato in azoto nitrato (NO3- N) Le piante in crescita assorbono la maggior parte del loro azoto sotto forma di nitrato (NO3- ).
Le fonti comuni di azoto inorganico includono ammoniaca (NH3), ammonio (NH4 +), ammina (NH2 +) e nitrato (NO3 – ). La maggior parte dei materiali fertilizzanti contengono o formeranno NH4 + che viene convertito rapidamente in NO3 – una volta nel suolo.
Rimozione dell’azoto dal suolo
L’azoto viene rimosso dal suolo da quattro processi principali:
- Assorbimento delle piante
- Perdita gassosa
- Reflusso ed erosione
- Lisciviazione
L’assorbimento delle piante si riferisce all’assorbimento dell’azoto da parte delle radici. Il cotone, il mais, i pomodori e i tappeti erbosi richiedono da 60 a 300 libbre di azoto per acro per produrre una buona crescita e rendimenti redditizi o l’estetica desiderata. I requisiti effettivi per una data coltura variano secondo il potenziale di produzione e sono influenzati molto da fattori climatici.
Perché la maggior parte dei terreni sono bassi in azoto disponibile per le piante, i requisiti di azoto sono spesso forniti come fertilizzante azotato commerciale. Il fabbisogno di azoto sopra le 150 libbre per acro è generalmente diviso in due o più applicazioni. Tuttavia, solo l’azoto vegetale del raccolto lascia effettivamente il campo. Il resto dell’azoto vegetale viene restituito al suolo come residuo vegetale e rientra nel ciclo come azoto organico come illustrato nella Figura 1.
La perdita gassosa di azoto avviene per denitrificazione o volatilizzazione dell’ammoniaca. La denitrificazione è un processo attraverso il quale l’azoto nitrico (NO3- -N) è convertito in ossido di azoto gassoso (N2O) o azoto elementare (N2). Ciò implica l’azione di batteri anaerobici (quelli che non richiedono ossigeno libero) e si verifica comunemente in terreni umidi o impregnati d’acqua.
Siccome questo è un processo anaerobico, le perdite gassose da un terreno normale (aerobico) sono piccole. Tuttavia, quando i terreni rimangono molto umidi o saturi per lunghi periodi, una grande parte del nitrato può essere persa.
Il gas ammoniaca può evolvere da composti di azoto come l’urea sulla superficie di un terreno. L’urea è presente nel letame animale e può essere acquistata in forma pura come fertilizzante (45-0-0).
Altri composti fertilizzanti contenenti ammonio, tra cui solfato di ammonio (21-0-0) e, in misura minore, nitrato di ammonio (33-0-0) e fosfato di ammonio, hanno dimostrato di produrre ammoniaca libera in presenza di carbonato di calcio. Questa condizione esiste in alcuni terreni a pH elevato (pH>7,3).
Le perdite per dilavamento ed erosione possono includere nitrato (NO3 – ), ammonio (NH4 +) e azoto organico. Lo ione NO3 – caricato negativamente rimane nell’acqua del suolo e non è trattenuto dalle particelle del suolo. Se l’acqua contenente NO3 – o NH4 + disciolti scorre sulla superficie, questi ioni si muovono con essa. Tuttavia, quando i fertilizzanti azotati sono applicati a terreni asciutti, e viene applicata la pioggia o l’acqua di irrigazione, la prima acqua dissolve il fertilizzante e lo porta nel terreno. Le piogge non causano generalmente perdite superficiali di azoto del fertilizzante, a meno che non si verifichino piogge molto intense poco dopo l’applicazione.
L’ammonio trattenuto dalle particelle di argilla può essere trasportato nelle riserve di acqua superficiale dall’erosione del suolo. Infatti, l’erosione del suolo sposta più azoto di quanto facciano le piogge nello spostare i composti di azoto dissolti. Quando i terreni erosivi sono depositati nei fiumi e nei laghi, l’attività microbica converte lentamente i composti dell’azoto in forme solubili.
Le perdite per lisciviazione coinvolgono il movimento dell’acqua verso il basso attraverso un terreno sotto la zona delle radici. Questa perdita si verifica più frequentemente con il nitrato (NO3 – ) in aree di elevata piovosità, in caso di irrigazione eccessiva e con terreni a struttura grossolana (sabbiosi). Le perdite di azoto attraverso la lisciviazione riducono la quantità di azoto disponibile per le colture e possono potenzialmente contaminare i pozzi d’acqua poco profondi e le falde acquifere.
I tassi di azoto utilizzati e il tempo di applicazione dovrebbero essere collegati alle condizioni del suolo e ai requisiti delle colture per minimizzare le perdite per lisciviazione. Numerosi studi di ricerca dimostrano che a causa dell’assorbimento da parte delle piante, poco azoto nitrico (NO3 – -N) fuoriesce dai terreni in cui una coltura sta crescendo attivamente. Dal momento che i terreni sabbiosi più soggetti a lisciviazione si trovano nel Texas orientale, dove l’erba è la coltura predominante, perdite minime di lisciviazione di azoto in genere sono attesi dalla concimazione di azoto in tutto lo stato.
Mentre gli studi hanno mostrato problemi limitati con i movimenti di nitrato (NO3 – ), applicazioni improprie di fertilizzanti azotati commerciali e organici possono provocare il dilavamento di NO3 – nelle acque superficiali e la lisciviazione nelle acque sotterranee.
Prevenire la perdita di azoto
Il modo migliore per prevenire le perdite di azoto dai terreni agricoli è attraverso buone pratiche di gestione del suolo e delle acque. Il primo passo per ridurre le potenziali perdite di azoto è quello di far analizzare il suolo. Un campione di suolo correttamente ottenuto fornirà una stima dell’azoto nitrato (NO3 – -N) presente nel suolo, e può essere utilizzato come guida per l’applicazione della quantità appropriata di fertilizzante azotato per la coltura coltivata.
Fertilizzazione corretta e controllo del deflusso superficiale e dell’erosione offrono i migliori metodi per evitare che l’azoto finisca nei corsi d’acqua e nei laghi. Le perdite per lisciviazione possono essere evitate dividendo il fabbisogno di azoto in diverse applicazioni dove i terreni a struttura grossolana e le alte precipitazioni sono comuni.
Scarica una versione stampabile di questa pubblicazione: What Happens to Nitrogen in Soils?
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