Ciclo del fósforo

¿Cuál es la importancia del fósforo en el crecimiento y fisiología vegetal?

El fósforo (P) constituye uno de los macronutrientes esenciales para el crecimiento vegetal, junto con el nitrógeno y él potasio. El P cumple importantes funciones bioquímicas y fisiológicas, como formar parte de biomoléculas (e.g. fosfolípidos, proteínas, nucleótidos, ATP, etc.). Desde el punto de vista bioquímico, forma parte de las unidades monoméricas (“ladrillos”) de las cadenas polinucleótidas como el ADN, le confiere al P una función muy relevante. Por ello, se suele comentar en algunos artículos de divulgación que el P es fundamental para la vida, puesto que forma parte de las unidades fundamentales que la hacen posible.

Desde una perspectiva agronómica y de producción vegetal, el P cumple importantes funciones:

Estimula el crecimiento y expansión foliar

Promueve el crecimiento de las raíces

Mejora la calidad de frutos, granos, etc.

En esquemas de producción sustentables, el P forma parte de los programas de fertilización, a través del uso de fertilizantes químicos, agro-minerales (e.g. roca fosfórica) o enmiendas orgánicas (e.g. estiércol, compost, etc.), dependiendo de las características de los sistemas productivos.

¿A que llamamos ciclo del fósforo y cual son sus componentes?

El conocimiento de los ciclos biogeoquímicos de los nutrientes a escala de sistema suelo-cultivo, permite conocer la estructura y funcionamiento de los nutrientes en dicho sistema, fundamental para la comprensión y también para la toma decisiones de manejo agronómico. Existen numerosas formas de representar el ciclo del P en agro-ecosistemas. En la Figura 1 se presenta un ejemplo. Dentro del ciclo del P, los ingresos de P al sistema corresponden al agregado de P a través de fertilizantes. En suelos sin erosión, las salidas de P de los agros ecosistemas están conformadas por la remoción de P por las plantas (e.g., granos, frutos, etc.). Los demás procesos podemos considerarlos como “ciclados” o ciclos internos. Las plantas absorben el P que se encuentra en la fracción “soluble”, que presenta muy baja concentración. Este “pool” se encuentra en equilibrio dinámico con las demás fracciones, que abastecen a la fracción del P en solución. La forma química en la cual las plantas absorben el P es como ión orto fosfato ácido o diácido. Por tratarse de un nutriente poco móvil en el suelo, la llegada del P al sistema radicular de las plantas ocurre básicamente por difusión e intercepción radicular La velocidad del proceso de difusión depende de varios factores, siendo los más importantes la diferencia de concentración de P en el área de difusión, la temperatura, la humedad edáfica y la tortuosidad del suelo.  

Ciclo biogeoquímico del fósforo

La reserva de P del suelo se encuentra tanto en la materia orgánica (MO) como en compuestos inorgánicos. Las proporciones de compuestos orgánicos e inorgánicos dependen del tipo de suelo y edafogénesis. En el sudeste de la Región Pampeana argentina, las menores temperaturas determinaron procesos de edafización con una importante génesis de compuestos orgánicos humificados, que generan que el P pueda representar el 80% del P total, mientras que en el norte de Buenos Aires y sur de Santa Fe, las mayores temperaturas durante la edafogénesis inducen menores acumulaciones de MO humificada, con proporciones de P orgánicos del orden del 50%, según tipo de suelo. Evidentemente, la degradación de los suelos por erosión, han dado lugar en las últimas décadas pérdidas muy considerables de MO y los nutrientes principales asociados a esta fracción edáfica (N, P, S, algunos micronutrientes, etc.). En cuanto a los compuestos inorgánicos, el P en el suelo se encuentra en diversas formas mineralógicas, cuyo abordaje escapa el alcance de este posteo. La apatita, y sus diferentes formas mineralógicas, constituyen una forma importante del P inorgánico del suelo, y su origen es heredado a partir del material originario, cuyo principal aporte corresponde al Loess, depositado desde zonas peri glaciares del oeste de la Argentina (zona Andina) tanto por acción del viento como por los ríos.

El P orgánico requiere ser mineralizado a formas inorgánicas (iones orto fosfatos) para que pueda ser aprovechado por las plantas. El proceso de mineralización del P se la puede dividir en  mineralización biológica y bioquímica. La mineralización biológica corresponde a la degradación microbiana de compuestos orgánicos donde el P se encuentra ligado al carbono (C), y cuyo producto de degradación es el CO2. Este proceso es el mismo por el que se libera N y S, dependiendo fundamentalmente de la temperatura y humedad edáfica. La mineralización bioquímica es mediada por enzimas (e.g. fosfatasas) y también puede representar una proporción importante de P mineralizado.    

Los residuos aportados por los cultivos, si bien no constituyen un ingreso de P al sistema suelo-cultivo, sí representan importantes fuentes de nutrientes biodisponibles para el cultivo, dependiendo de la relación C: N y C: N: P del material, y también del ambiente edáfico (temperatura, humedad, pH, etc.). Cuando las relaciones C: N son más bajas (e.g. residuos de leguminosas como soja) puede haber liberación neta de nutrientes, mientras que en los residuos con mayores relaciones C: N, puede verificarse inmovilización transitoria de nutrientes.

Las diferentes formas orgánicas e inorgánicas se pueden clasificar también según la “labilidad” o biodisponibilidad para las plantas. Compuestos inorgánicos poco lábiles podrían ser aquellos de naturaleza aromática muy condensada presentes en el humus, mientras que los minerales fosfatados primarios, podrían ser ejemplos de pooles de P poco lábiles y por ende de escasa disponibilidad para la nutrición vegetal. Las fracciones más lábiles corresponden a fracciones más jóvenes, que provienen de los residuos de los cultivos, y tienen una importante función en el abastecimiento de P de corto plazo.  Los sistemas de cultivo bajo siembra directa estabilizados, con una fertilización balanceada (aporte de nutrientes limitantes para el sistema de producción) y con elevado aporte de C al sistema. Conceptualmente debemos entender que todas las fracciones de P mencionadas (P lábil, no lábil o poco lábil, etc.) tanto orgánicas como inorgánicas, se encuentran en permanente equilibrio, siendo las poco lábiles el pool o fracción de reserva de P del sistema. Los cultivos van agotando el P en solución, que se encuentra muy poco concentrado, y dichas zonas de agotamiento son progresivamente abastecidas desde fracciones más lábiles y estas últimas son provistas por formas de P de reserva o no lábiles.    

Con fines de diagnóstico de fertilidad de suelos, se evalúan diferentes extractantes de P que se correlacionen con la absorción y/o acumulación de biomasa de cultivos. Estos estudios se denominan de “correlación”. Para este fin, resulta frecuente utilizar plantas de raigrás o alguna especie similar en ensayos de invernadero, donde es posible controlar el ambiente y reducir fuentes de variabilidad. Una vez seleccionados los extractantes que mejor correlacionan con el crecimiento se pasa a la segunda etapa que consiste en la calibración de la técnica analítica. Los ensayos de calibración, que pueden ser en el campo y también en ensayos de invernadero, tienen como objetivo evaluar la relación entre la respuesta a la fertilización con P y el contenido del extractante en el suelo. En la Región Pampeana argentina se dispone de calibraciones para realizar recomendaciones de fertilización fosfatada en diversas regiones edafo-climáticas y cultivos.

¿Cuáles son los fertilizantes utilizados en fertilización de cultivos de granos en la Región Pampeana argentina?

 Existen numerosos fertilizantes fosfatados utilizadas en la agricultura argentina. En la Tabla 1 se presentan las más difundidas en la Región Pampeana. El uso de fuentes orgánicas es poco relevante en cultivos de grano, siendo más utilizados en cultivos hortícolas. También el uso de roca fosfórica es muy escaso, por lo cual no son abordados en este escrito.   

 Contenido de nutrientes de principales fuentes fosfatadas

Fertilizante                                            Contenido de P2O5 (%)  Otros nutrientes

Fosfato monoamónico (MAP)                       52                            11% de N

Fosfato diamónico (DAP)                             46                            18% de N

Superfosfato Simple (SFS)                           21                            12% de S y 20% de Ca

Superfosfato Triple (SFT).                            46                            14% de Calcio

Los fertilizantes fosfatados denominados “superfosfatos” contienen como forma de P al fosfato mono cálcico. Los fosfatos de amonio, que son los más solubles en agua, contienen P como aniones orto fosfatos. El superfosfato simple (SFS) tiene niveles variables de sulfato de calcio bihidratado dentro de su composición. Este “yeso residual” se produce como consecuencia de la reacción del ácido sulfúrico con la roca fosfórica (rica en calcio) durante el proceso de fabricación del fertilizante.

En la Figura 3 se muestra la evolución del consumo de fertilizantes fosfatados en la Argentina en los últimos años.  Podemos observar que los fosfatos de amonio lideran el ranking en términos de volumen consumido. Del mismo modo cabe resaltar como, en los últimos años, la utilización del MAP viene expandiéndose marcadamente en detrimento de los volúmenes de DAP. También es interesante constatar el incremento que se viene registrando en el consumo de SPS en los últimos años, posicionado fundamentalmente en el mercado de soja. 

 

 Figura 3: Evolución del consumo de fertilizantes fosfatados

¿Cómo reaccionan los fertilizantes fosfatados en el suelo?

La reacción inicial de los fertilizantes fosfatados en el suelo depende, además de la forma química en las que se encuentra el P en el producto, del pH del medio y en gran medida de la interacción de los fosfatos con las arcillas y óxidos presentes en la fase sólida del suelo.   

 Los superfosfatos, por tener Ca en su composición, generan alrededor del gránulo residuos de fosfatos di cálcicos de muy baja solubilidad. Los fosfatos de amonio, por no tener Ca, no generan esos productos residuales de baja solubilidad durante la reacción inicial en el suelo. El pH de disolución de las fuentes fosfatadas varía considerablemente. El superfosfato triple genera alrededor del gránulo una solución saturada muy ácida, con un pH de alrededor de 1.5, mientras que el pH de disolución del MAP es de 3.5 y del DAP de alrededor de 8. Estos procesos de disolución involucran un volumen muy reducido de suelo, son temporarios y no atesirarán una gran influencia en el pH global del suelo, a pesar de que pueden incidir sobre la nutrición de los cultivos en alguna etapa fenológica específica (Young et. al. 1985). Los autores también reportan el clásico efecto positivo del amonio en la eficiencia de aprovechamiento del P aplicado. Cuando se aplican productos de P amoniacales (MAP, DAP) la absorción de amonio por las plantas determinaría una acidificación a nivel de la zona rizosférica que mejoraría el aprovechamiento del P por una mejor disolución de los fosfatos. A pesar de estas variaciones en la reacción inicial de las fuentes fosfatadas, numerosos ensayos de fertilización no encuentran diferencias en eficiencia de aprovechamiento entre fuentes fosfatadas, cuando se consideran iguales dosis de P aportadas y no se presentan limitantes de N. Sin embargo,  las características químicas del fertilizante resultan fundamentales para analizar la tecnología de fertilización utilizada, en especial la forma de aplicación. Así, el autor reporta mayores niveles de fitotoxicidad con DAP respecto del MAP en aplicaciones en conjunto con la semilla y realiza recomendaciones de aplicación diferencial parta cada una de las fuentes, siendo mayores las dosis de riesgo (dosis máxima a utilizar) en MAP que en DAP, si bien es conocido que sobre el fenómeno de la fitotoxicidad inciden numerosos factores como tipo de suelo (textura, MO, etc.), humedad del perfil, distanciamiento entre hileras, cultivo, etc. 

Independientemente de la fuente fosfatada utilizada, una vez que el fertilizante es disuelto e incorporado en el suelo, los aniones orto fosfatos son influenciados por los procesos y equilibrios químicos presentes en el mismo. Así, el P agregado pasa a formar parte de las diferentes fracciones del suelo (pooles) que tienen distintos grados de biodisponibilidad: solución de suelo, P retenido en arcillas y óxidos, P no lábil (P precipitado o de baja solubilidad), etc. El P presente en la solución de suelo es muy baja, y es de donde las plantas absorben el P. A medida que la disponibilidad de P en la solución del suelo se va agotando, es reabastecido desde fracciones lábiles (tanto orgánicas como inorgánicas) que están en equilibrio con formas menos disponibles (constituyentes primarios del suelo). El mayor grado de retención de fosfatos se presenta en suelos más arcillosos, pero el P es progresivamente liberado a formas lábiles y a la solución del suelo, es decir pasa a ser biodisponible. El abastecimiento de P del fertilizante más allá de un ciclo de producción es lo que se denomina “residualidad de la fertilización” y permite el manejo del P a nivel de secuencias de cultivos. La recuperación del P aplicado es relativamente baja, del orden del 20%, dependiendo del tipo de suelo y condiciones edáficas.

A diferencia de la retención de fosfatos en suelos, en la fijación de fosfatos, gran parte del P agregado como fertilizante pasa a formar estructuras químicas permanentes dentro de la fase sólida del suelo, quedando no disponible para los cultivos. Este mecanismo se presenta en suelos con mineralogía de arcillas predominantemente caolinítica (arcillas 1:1) o con elevados contenidos de óxidos y/o alofanos.