Almacenamiento de fertilizantes húmicos de leonardita y cambios en su composición química
Hasta hace poco, cuando se utilizaba leonardita como fertilizante, su preparación y la elaboración de compost o mezclas se realizaban exclusivamente por los consumidores. Sin embargo, estas formas de producción no podían satisfacer plenamente las crecientes necesidades de la agricultura, por lo que surgió la necesidad de organizar la producción industrial de fertilizantes húmicos.
Actualmente, el mercado agrícola enfrenta la tarea de fabricar masivamente fertilizantes húmicos organominerales, lo que requiere resolver una serie de cuestiones organizativas, especialmente el tiempo de producción de los fertilizantes y la duración de su almacenamiento.
El objetivo de nuestra investigación fue estudiar los cambios en la composición química de los fertilizantes húmicos durante su almacenamiento durante un período prolongado.
Los experimentos se llevaron a cabo en las regiones de Chernihiv y Zhytomyr, en diferentes empresas.
Las muestras para el estudio se tomaron con una sonda a lo largo de la cresta de las pilas, perpendicularmente al plano del fondo y a lo largo de la pendiente, perpendicularmente a su plano, cada medio metro por horizontes. Para tomar una muestra, se realizaron tres perforaciones en un mismo lugar, pero en tres puntos, profundizando gradualmente cada punto. Así, las muestras de tres carretes de la sonda, tomadas a la misma profundidad, constituían una muestra promedio. El muestreo se realizó en intervalos específicos de almacenamiento.
Dinámica de temperaturas, cenizas y humedad
Las observaciones de temperatura, humedad y contenido de cenizas se realizaron en el distrito de Zamglai, región de Chernihiv. Después de 20 días de almacenamiento, la temperatura en todo su perfil coincidía con la temperatura ambiente. Tras 70 días de almacenamiento en verano, se registró un aumento abrupto de la temperatura hasta 50-57°, que se mantuvo en estos límites durante 35 días, después de lo cual comenzó a disminuir.
También se observaron cambios de temperatura en el perfil de la pila: alcanzaba su máximo a una profundidad de 1-2 m, y luego descendía gradualmente. Observaciones posteriores de la temperatura en las pilas de fertilizantes mostraron que, incluso en una misma empresa, el calentamiento no ocurre simultáneamente, lo que probablemente depende de la humedad y el contenido de cenizas de la materia prima.
Es importante señalar que la humedad relativamente alta de la leonardita (50-60%), que es una condición necesaria para la producción de fertilizantes, frena el aumento de temperatura en la pila hasta límites más altos, lo que mantiene condiciones óptimas para la actividad de los microorganismos.
El contenido de cenizas apenas varió durante el almacenamiento. Las fluctuaciones observadas probablemente se deban a la distribución desigual de las cenizas en el producto inicial, más que a pérdidas de materia orgánica.
Dinámica del nitrógeno total y sus formas
El contenido de nitrógeno total, como mostraron las observaciones en el distrito de Zamglai, no permanece estable durante el almacenamiento, sino que cambia. Evidentemente, a medida que avanza el almacenamiento, se produce una redistribución de las reservas totales de nitrógeno. Al finalizar la preparación de las pilas experimentales, el contenido de nitrógeno amoniacal en la leonardita + NPK superaba significativamente al nitrógeno nítrico. Durante el almacenamiento, se observó un aumento en las formas móviles de nitrógeno. La cantidad máxima se registró en el cuarto y sexto mes, período en el que el contenido de nitrógeno amoniacal superaba al nítrico. Al cabo de un año de almacenamiento, la cantidad de formas móviles de nitrógeno en la leonardita + NPK disminuyó significativamente, aunque seguía siendo mayor que la inicial. Para entonces, el nitrógeno amoniacal casi se había convertido completamente en nítrico.
Como ejemplo, en la tabla 1 se presentan algunos datos de una de las empresas de Chernihiv.
| Períodos de almacenamiento, meses | Formas de nitrógeno | Contenido | ||
|---|---|---|---|---|
| 3 mes | 6 mes | 12 mes | ||
| Contenido a un metro de profundidad | Hidrolizable | 0,344 | 0,354 | 0,292 |
| incluyendo amoniacal | 0,242 | 0,125 | 0,092 | |
| nítrico | 0,102 | 0,229 | 0,200 | |
| Contenido a dos metros de profundidad | Hidrolizable | 0,346 | 0,497 | 0,307 |
| incluyendo amoniacal | 0,159 | 0,063 | 0,071 | |
| nítrico | 0,187 | 0,434 | 0,236 | |
| Promedio en la pila | Hidrolizable | 0,330 | 0,388 | 0,341 |
| incluyendo amoniacal | 0,212 | 0,175 | 0,094 | |
| nítrico | 0,118 | 0,213 | 0,246 | |
El contenido de formas móviles de nitrógeno aumenta con la profundidad de muestreo hasta dos metros, y luego se observa una disminución gradual.
En diferentes empresas, la acumulación de formas móviles de nitrógeno varía en las pilas experimentales según los meses. Por ejemplo, en una empresa de la región de Zhytomyr, la cantidad máxima de nitrógeno móvil en la pila experimental se registró al comienzo del tercer mes después del almacenamiento; en Zamglai, en la segunda década del quinto mes; y en una tercera empresa, solo en el séptimo mes de almacenamiento de los fertilizantes. Sin datos experimentales para una evaluación objetiva de este fenómeno, solo podemos decir que los modos de almacenamiento de las pilas no son idénticos. Probablemente, el factor decisivo aquí sea la capacidad de la leonardita para autocalentarse.
La redistribución del nitrógeno en la pila y los cambios en sus formas durante el almacenamiento deben explicarse por procesos microbiológicos que ocurren en la masa de fertilizantes húmicos, ya que allí se crean todas las condiciones necesarias para ello. Es posible que en la pila se produzca una descomposición enzimática de las sustancias orgánicas de la leonardita con liberación de amoníaco. Este amoníaco, permaneciendo en estado difuso, se mueve junto con el vapor de agua hacia los límites superiores de la pila. Parte del amoníaco puede nitrificarse. El ácido nítrico, a su vez, al combinarse con el amoníaco, forma nitrato de amonio.
Al explicar el movimiento del nitrógeno en la pila de fertilizantes húmicos durante el almacenamiento y destacando la importancia de los procesos microbiológicos, no podemos dejar de mencionar que el régimen de temperatura también influyó en estas transformaciones. Sin embargo, considerando que la temperatura en la pila con fertilizante es menor que en la pila con leonardita, podemos suponer que el papel del factor térmico en el almacenamiento de fertilizantes húmicos es menor que en el almacenamiento de leonardita.
Cambios en la movilidad del fósforo
Los análisis realizados mostraron (tabla 2) que la cantidad de compuestos de fósforo solubles en H₂SO₄ 0,5 N aumenta en los fertilizantes durante el almacenamiento. También varía en el perfil de la pila.
| Nombre de los yacimientos | Períodos de almacenamiento, meses | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 11 | |
| Distrito de Zamglai (región de Chernihiv) | 0,192 | - | 0,313 | 0,337 | - | 0,421 |
| Velikoe (región de Kiev) | 0,394 | - | 0,391 | - | - | 0,703 |
| Nota: «-» — no determinado. | ||||||
Hasta los 140 días de almacenamiento, la solubilidad máxima se observa a una profundidad de 1,5-2,5 m. Luego, la cantidad de formas móviles de ácido fosfórico aumenta significativamente y se distribuye más uniformemente en todo el perfil de la pila, alcanzando su máximo al día 340. En cuanto al fósforo soluble en agua, también se observa una tendencia al aumento de la solubilidad hacia el final del almacenamiento.
La tendencia general —el aumento de formas móviles de fósforo durante el almacenamiento de fertilizantes— probablemente se deba a la movilización de fósforo de fosfatos poco solubles en presencia de ácido nítrico formado. No se descarta la posibilidad de formación de compuestos organofosforados móviles, ya que se sabe que el ácido fosfórico puede formar compuestos complejos con el ácido húmico. Sin embargo, aún no hemos obtenido datos experimentales sobre este tema.
Movilidad de los ácidos húmicos y cambios en el pH
Como mostraron los análisis, durante el almacenamiento de fertilizantes húmicos en la pila experimental del distrito de Zamglai, el pH del extracto acuoso cambia hacia la alcalinidad hasta los 90-120 días de almacenamiento. Luego, con el aumento del período de almacenamiento, la alcalinidad disminuye y en ocasiones llega a ser ácida. Los cambios en la reacción también se observan en el perfil de la pila. La alcalinidad máxima se alcanza a una profundidad de 2-2,5 m, y luego comienza a disminuir; la reacción ácida se observa en las capas superficiales de la pila.
Es interesante destacar que el aumento del pH va paralelo a la acumulación de nitrógeno amoniacal, mientras que la disminución corresponde al aumento del nitrógeno nítrico. Estos fenómenos también se observaron en las pilas experimentales de Velikoe, región de Kiev.
Durante el almacenamiento de fertilizantes húmicos, la cantidad de formas solubles en agua de ácidos húmicos aumenta hasta cierto período. La acumulación máxima de formas móviles de ácidos húmicos ocurre en el quinto o sexto mes de almacenamiento. Durante este período, en la leonardita + NPK también se acumula la cantidad máxima de formas móviles de nitrógeno. El contenido de ácidos húmicos también varía en el perfil de la pila. Si se comparan los gráficos que muestran la cantidad de ácidos húmicos solubles en agua y la cantidad de nitrógeno amoniacal, es fácil notar un paralelismo, lo que significa que el amoníaco liberado durante la descomposición de la materia orgánica de la leonardita es capturado por los ácidos húmicos, formando sales solubles: humatos de amonio. Posteriormente, a medida que avanza el almacenamiento, el contenido de ácidos húmicos solubles en agua disminuye, especialmente en las capas superficiales de la pila. Cabe señalar que la disminución de la solubilidad del ácido húmico en estas capas es casi paralela a la acumulación de nitrógeno nítrico. Por lo tanto, el ácido nítrico provoca la coagulación de los ácidos húmicos, por lo que la acumulación de esta forma de nitrógeno, desde este punto de vista, no es deseable.
Resumiendo todo lo anterior, podemos decir que durante el almacenamiento anual de fertilizantes húmicos se produce una disminución absolutamente insignificante en el contenido de ácidos húmicos solubles en agua y una acidificación del fertilizante. El nitrógeno amoniacal casi se convierte completamente en nítrico durante este período. Estos fertilizantes ya no pueden llamarse turbomineral-ammonio-húmicos, ya que en este período no contienen ácidos húmicos móviles en agua ni nitrógeno amoniacal. Probablemente, en este período sería más adecuado llamarlos organomineral-nitratos.
En los casos en que se observe una disminución en el contenido de formas solubles en agua de ácidos húmicos, se puede recomendar un tratamiento adicional de estos fertilizantes con agua amoniacal, calculando su dosis según la capacidad libre de absorción. El ácido nítrico acumulado se neutralizará con amoníaco, los fertilizantes con reacción ácida se volverán ligeramente alcalinos y los ácidos húmicos volverán a ser solubles en agua.
En conclusión, es importante señalar que la altura óptima de la pila al almacenar fertilizantes húmicos es de 3,5-4 m. No es recomendable apilar pilas más altas, ya que en las capas profundas la acumulación de nutrientes es insignificante.
Resultados de experimentos microvegetativos y de campo
Para estudiar las cualidades fertilizantes de los fertilizantes húmicos después del almacenamiento, se realizaron experimentos microvegetativos y de campo con tomates, repollo, maíz, patatas, remolacha azucarera y lino.
En condiciones de laboratorio, se llevó a cabo un experimento microvegetativo en cultivo de arena con tomates, cuyo objetivo era determinar los cambios en las cualidades fertilizantes de los fertilizantes húmicos según su ubicación en la pila durante el almacenamiento. El peso de la arena en el recipiente fue de 1 kg, el número de plantas fue de 15, con una repetición cuádruple. Para el experimento, se tomaron muestras de leonardita + NPK en la región de Kiev después de 6 meses de almacenamiento, recolectadas de la pila a profundidades de 0,5; 1,5; 2 y 3 m. Las dosis de fertilizantes se calcularon en 20 g de materia absolutamente seca por recipiente, reemplazando el nitrógeno y el fósforo en la mezcla de Pryanishnikov. El experimento comenzó el 15 de febrero de 2020 y finalizó después de tres semanas. Se registró el peso seco absoluto de los brotes y la extracción de nitrógeno y fósforo por recipiente (tabla 3).
| Esquema del experimento, indicadores | Mezcla completa de Pryanishnikov (control) | leonardita + NPK, recolectada a profundidad, m | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | 1,5 | 2 | 3 | ||
| Peso de masa verde de 10 plantas, mg | 3550 | 3920 | 5250 | 5130 | 5610 |
| Peso de materia seca absoluta de 10 plantas, mg | 208 | 304 | 326 | 438 | 417 |
| Nitógeno móvil añadido por recipiente, mg | 77,5 | 80,0 | 77,0 | 80,0 | 98,0 |
| Extracción de nitrógeno por recipiente, mg | 8,6 | 7,3 | 8,8 | 12,4 | 12,7 |
| Coeficiente de utilización de nitrógeno | 11,09 | 9,12 | 11,42 | 17,47 | 12,96 |
| P₂O₅ móvil añadido por recipiente, mg | 82,0 | 48,0 | 58,0 | 46,0 | 50,0 |
| Extracción de P₂O₅ por recipiente, mg | 4,80 | 4,80 | 4,00 | 4,80 | 5,93 |
| Coeficiente de utilización de P₂O₅ | 5,85 | 10,0 | 6,70 | 10,43 | 11,87 |
Los resultados del experimento muestran claramente que el coeficiente de utilización de diversos nutrientes de la leonardita + NPK es mayor que en la mezcla de Pryanishnikov, y aumenta con la profundidad de muestreo, lo que significa que la leonardita + NPK después de seis meses de almacenamiento no ha perdido significativamente sus cualidades fertilizantes.
El 30 de marzo de 2020, se realizó un segundo experimento microvegetativo en cultivo de arena con tomates. El objetivo del experimento era comparar las cualidades fertilizantes de los fertilizantes húmicos obtenidos de diferentes empresas de turba después de siete meses de almacenamiento. Para ello, se recolectaron muestras idénticas en ubicación de las pilas del distrito de Zamglai, región de Chernihiv, así como de empresas de las regiones de Zhytomyr y Kiev. Las dosis de leonardita + NPK se calcularon en 10 g por recipiente en peso absolutamente seco, reemplazando el nitrógeno y el fósforo minerales en la mezcla de Pryanishnikov. El experimento finalizó el 24 de abril. En la tabla 4 se presentan los datos de este experimento.
| Esquema del experimento, indicadores | Mezcla completa de Pryanishnikov (control) | Nombre de los distritos donde se ubican las empresas | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Zamglai | Kiselevsky | Buchmansky | Kodransky | ||
| Peso de masa verde de 100 plantas, g | 58,467 | 48,797 | 56,205 | 60,00 | 62,115 |
| Peso de materia seca absoluta de 100 plantas, g | 5,029 | 4,489 | 3,721 | 4,454 | 4,550 |
| Nitógeno móvil añadido por recipiente, mg | 77,5 | 39,0 | 56,0 | 28,6 | 58,4 |
| Extracción de nitrógeno por recipiente, mg | 23,2 | 22,2 | 15,0 | 21,7 | 23,5 |
| Coeficiente de utilización de nitrógeno | 29,9 | 56,9 | 26,7 | 75,8 | 40,2 |
| P₂O₅ móvil añadido por recipiente, mg | 82,0 | 24,6 | 14,4 | 19,2 | 29,0 |
| Extracción de P₂O₅ por recipiente, mg | 4,1 | 3,5 | 5,4 | 3,3 | 4,9 |
| Coeficiente de utilización de P₂O₅ | 5,0 | 14,2 | 37,5 | 17,1 | 16,9 |
| Nota: La tabla muestra los resultados del experimento con muestras recolectadas de las pilas a una profundidad de 1 m a lo largo de la pendiente. | |||||
En este experimento, el coeficiente de utilización de nitrógeno y fósforo por las plantas fertilizadas con leonardita + NPK también fue, por lo general, significativamente mayor que con la mezcla de Pryanishnikov. Es importante destacar que las plantas experimentales fertilizadas con fertilizantes húmicos en los experimentos microvegetativos mostraron un mayor desarrollo en todos los casos que las plantas de control. Esto sugiere que las plantas no solo utilizan nitrógeno y fósforo móviles, sino también formas más estables de estos nutrientes.
Esta idea y todas las afirmaciones anteriores se confirmaron en los resultados de los experimentos de campo, donde se comparó la eficacia de la leonardita + NPK recién preparada y después del almacenamiento invernal. Como ejemplo, presentamos los resultados de los experimentos (tabla 5) en el distrito de Repkino, región de Chernihiv, en 2020. Los experimentos se realizaron en tres repeticiones en suelos oscuros podzolizados.
| Esquema del experimento | Maíz | Remolacha azucarera | Lino | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Total de masa verde, q/ha | Incluyendo mazorcas | Aumento q/ha | Relativo al control, % | Rendimiento, q/ha | Aumento q/ha | Rendimiento | Aumento | |
| Control (sin fertilizantes) | 146,3 | 64,8 | - | - | 343,6 | - | 493,0 | - |
| Adept, 2 l/ha (3 veces) | 275,0 | 141,7 | 128,9/76,9 | > 87.7 | 463,6 | 120,9 | 536,0 | 43,0 |
| leonardita + NPK del año anterior, 10 t/ha | 350,3 | 158,8 | 204,0/90,0 | > 138,9 | 459,0 | 115,6 | 700,0 | 207,0 |
| leonardita + NPK en cantidad equivalente a 2 l/ha de Adept, (3 veces) | 256,3 | 133,7 | 110,0/68,9 | > 74,8 | 424,6 | 81,0 | 583,0 | 90,0 |
| Nota: En el numerador se muestra el aumento de rendimiento de mazorcas, en el denominador — de masa verde. | ||||||||
La tabla muestra que el conjunto equivalente de mezcla de fertilizantes minerales es inferior a la leonardita + NPK, especialmente después del almacenamiento invernal.
En 2023-2024, la leonardita + NPK de la empresa Buchmansky, que pasó el invierno en la pila, se probó en viñedos productivos de la región de Zakarpattia en dos microáreas climáticas naturales diferentes. En la tabla 6 se presentan los resultados de los experimentos con fertilizantes en el campo experimental con uvas.
| Esquema del experimento | 2023 | 2024 |
|---|---|---|
| Control | Rendimiento promedio, q/ha: 85,98 Aumento, %: - |
Rendimiento promedio, q/ha: 18,4 Aumento, %: - |
| leonardita + NPK, 3 kg por arbusto | Rendimiento promedio, q/ha: 112,00 Aumento, %: 26,02 |
Rendimiento promedio, q/ha: 19,9 Aumento, %: 3,0 |
| NPK (equivalente a 3 kg de leonardita + NPK) | Rendimiento promedio, q/ha: 105,60 Aumento, %: 19,62 |
Rendimiento promedio, q/ha: 18,8 Aumento, %: 2,2 |
Además, es importante destacar que en las variedades fertilizadas aumentó el contenido de azúcar en las bayas. El efecto de los fertilizantes húmicos fue especialmente notable en este aspecto.
Conclusiones
- Durante el almacenamiento otoño-invernal, en los fertilizantes húmicos (leonardita + NPK) se producen cambios en la composición química, a saber:
- a) como resultado de la descomposición de las sustancias orgánicas de la leonardita, aumenta la cantidad de formas móviles de nitrógeno. La movilización máxima de nitrógeno en la pila se observa a una profundidad de 1,5-2,5 m;
- b) los compuestos de fósforo poco solubles se transforman en formas más móviles;
- c) la dinámica del pH y la movilidad de los ácidos húmicos son, en general, paralelas a los cambios en el contenido de nitrógeno amoniacal y nítrico. El aumento de la cantidad de nitrógeno amoniacal en los fertilizantes húmicos va acompañado de un aumento del pH y la solubilidad de los ácidos húmicos, mientras que el aumento del nitrógeno nítrico conlleva una disminución del pH y la solubilidad de los ácidos húmicos.
- Mediante experimentos vegetativos, se ha establecido la alta disponibilidad de nutrientes en los fertilizantes húmicos que han sido almacenados durante un período prolongado.
- El rendimiento de los cultivos agrícolas con la aplicación de fertilizantes húmicos después del almacenamiento otoño-invernal es mayor que con el uso de leonardita + NPK y un conjunto equivalente de fertilizantes minerales.
- El almacenamiento de fertilizantes húmicos durante el período otoño-invernal no reduce sus cualidades fertilizantes, pero el período óptimo de almacenamiento, desde este punto de vista, varía según las propiedades de la leonardita y, en la mayoría de los casos, es de 4-6 meses. El tamaño de la pila influye en la calidad de los fertilizantes. La altura óptima de la pila al almacenarlos es de 3,5-4 m.