Un ingrasamant este orice material de origine naturala sau sintetica care este aplicat pe sol sau pe tesuturile plantelor pentru a furniza nutrienti plantelor. Ingrasamintele pot fi diferite de materialele de var sau de alte amendamente nenutritive ale solului. Exista multe surse de ingrasaminte, atat naturale, cat si produse industrial.
Pentru majoritatea practicilor agricole moderne, fertilizarea se concentreaza pe trei macronutrienti principali: azot (N), fosfor (P) si potasiu (K) cu adaugarea ocazionala de suplimente precum praful de roca pentru micronutrienti. Fermierii aplica aceste ingrasaminte intr-o varietate de moduri: prin procese de aplicare uscata sau peletizata sau lichida, folosind echipamente agricole mari sau metode cu unelte manuale.
Din punct de vedere istoric, fertilizarea a provenit din surse naturale sau organice: compost, gunoi de grajd animal, gunoi de grajd uman, minerale recoltate, rotatia culturilor si produse secundare ale industriilor naturii umane (adica deseuri de prelucrare a pestelui sau faina de sange de la sacrificarea animalelor). Cu toate acestea, incepand cu secolul al XIX-lea, dupa inovatii in nutritia plantelor, s-a dezvoltat o industrie agricola in jurul ingrasamintelor create sintetic.
Aceasta tranzitie a fost importanta in transformarea sistemului alimentar global, permitand o agricultura industriala la scara mai mare, cu randamente mari ale culturilor. In special, procesele chimice de fixare a azotului, cum ar fi procesul Haber de la inceputul secolului al XX-lea, amplificate de capacitatea de productie creata in timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial, au condus la un boom in utilizarea ingrasamintelor cu azot. In a doua jumatate a secolului al XX-lea, utilizarea sporita a ingrasamintelor cu azot (crestere de 800% intre 1961 si 2019) a fost o componenta cruciala a cresterii productivitatii sistemelor alimentare conventionale (mai mult de 30% pe cap de locuitor) ca parte a numita „Revolutia Verde”.
Istoric
Managementul fertilitatii solului i-a preocupat pe fermieri de mii de ani. Egiptenii, romanii, babilonienii si primii germani sunt toti inregistrati ca folosind minerale sau gunoi de grajd pentru a spori productivitatea fermelor lor. Stiinta nutritiei plantelor a inceput cu mult inainte de munca chimistului german Justus von Liebig, desi numele sau este cel mai mentionat.
Nicolas Théodore de Saussure si colegii stiintifici de la acea vreme s-au grabit sa infirme simplificarile lui Justus von Liebig. A existat o intelegere stiintifica complexa a nutritiei plantelor, in care rolul humusului si al interactiunilor organo-minerale era central si care era in concordanta cu descoperirile mai recente din 1990 incoace. Oamenii de stiinta proeminenti de la care Justus von Liebig s-a inspirat au fost Carl Ludwig Sprenger si Hermann Hellriegel.
In acest domeniu, a avut loc o „eroziune a cunostintelor”, determinata partial de o amestecare intre economie si cercetare. John Bennet Lawes, un antreprenor englez, a inceput sa experimenteze cu privire la efectele diferitelor tipuri de gunoi de grajd asupra plantelor care cresc in ghivece in 1837, iar un an sau doi mai tarziu, experimentele au fost extinse la culturile de pe camp.
O consecinta imediata a fost ca in 1842 a brevetat un gunoi de grajd format prin tratarea fosfatilor cu acid sulfuric si, astfel, a fost primul care a creat industria gunoiului artificial. In anul urmator, el a apelat la serviciile lui Joseph Henry Gilbert; impreuna au efectuat experimente cu culturi la Institutul de Cercetare a Culturilor Arabile.
Procesul Birkeland-Eyde a fost unul dintre procesele industriale concurente la inceputul productiei de ingrasaminte pe baza de azot. Acest proces a fost folosit pentru a fixa azotul atmosferic (N2) in acid azotic (HNO3), unul dintre numeroasele procese chimice, denumite in general “fixarea azotului”. Acidul azotic rezultat a fost apoi folosit ca sursa de nitrat (NO3−). O fabrica bazata pe acest proces a fost construita in Rjukan si Notodden in Norvegia, combinata cu construirea de mari instalatii hidroelectrice.
Anii 1910 si 1920 au fost martorii aparitiei procesului Haber si a procesului Ostwald. Procesul Haber produce amoniac (NH3) din gaz metan (CH4) (gaz natural) si azot molecular (N2) din aer. Amoniacul din procesul Haber este apoi transformat partial in acid azotic (HNO3), in procesul Ostwald.
Dupa cel de-al Doilea Razboi Mondial, fabricile de productie de azot care au crescut pentru fabricarea bombelor pe timp de razboi au fost orientate spre utilizari agricole. Utilizarea ingrasamintelor sintetice cu azot a crescut constant in ultimii 50 de ani, crescand de aproape 20 de ori pana la rata actuala de 100 de milioane de tone de azot pe an.
Dezvoltarea ingrasamintelor sintetice cu azot a sustinut in mod semnificativ cresterea populatiei globale – s-a estimat ca aproape jumatate din oamenii de pe Pamant sunt hraniti in prezent ca urmare a utilizarii ingrasamintelor sintetice cu azot. Utilizarea ingrasamintelor fosfatice a crescut, de asemenea, de la 9 milioane de tone pe an in 1960 la 40 de milioane de tone pe an in 2000.
O cultura de porumb care produce 6-9 tone de cereale la hectar (2,5 acri) necesita 31-50 de kilograme (68-110 lb) de ingrasamant fosfat care urmeaza sa fie aplicat; Culturile de soia necesita aproximativ jumatate, adica 20–25 kg pe hectar. Yara International este cel mai mare producator mondial de ingrasaminte pe baza de azot.
Mecanism
Utilizarea ingrasamintelor anorganice pe regiune
Ingrasamintele sporesc cresterea plantelor. Acest obiectiv este indeplinit in doua moduri, cel traditional fiind aditivii care furnizeaza nutrienti. Al doilea mod prin care actioneaza unele ingrasaminte este de a spori eficacitatea solului prin modificarea retinerii apei si aerarii acesteia.
Exista trei macronutrienti principali:
- Azot (N): cresterea frunzelor
- Fosfor (P): Dezvoltarea radacinilor, florilor, semintelor, fructelor;
- Potasiu (K): Crestere puternica a tulpinii, miscarea apei in plante, promovarea infloririi si fructificarii;
Trei macronutrienti secundari: calciu (Ca), magneziu (Mg) si sulf (S);
Micronutrienti: cupru (Cu), fier (Fe), mangan (Mn), molibden (Mo), zinc (Zn), bor (B). De semnificatie ocazionala sunt siliciul (Si), cobaltul (Co) si vanadiul (V).
Nutrientii necesari pentru o viata sanatoasa a plantelor sunt clasificati in functie de elemente, dar elementele nu sunt folosite ca ingrasaminte. In schimb, compusii care contin aceste elemente stau la baza ingrasamintelor. Macronutrientii sunt consumati in cantitati mai mari si sunt prezenti in tesutul vegetal in cantitati de la 0,15% la 6,0% pe baza de substanta uscata (MS) (0% umiditate). Plantele sunt formate din patru elemente principale: hidrogen, oxigen, carbon si azot.
Carbonul, hidrogenul si oxigenul sunt disponibile pe scara larga sub forma de apa si dioxid de carbon. Desi azotul formeaza cea mai mare parte a atmosferei, este intr-o forma care nu este disponibila plantelor. Azotul este cel mai important ingrasamant, deoarece azotul este prezent in proteine, ADN si alte componente (de exemplu, clorofila).
Pentru a fi hranitor pentru plante, azotul trebuie sa fie disponibil intr-o forma „fixa”. Doar unele bacterii si plantele lor gazda (in special leguminoasele) pot fixa azotul atmosferic (N2) transformandu-l in amoniac. Fosfatul este necesar pentru producerea de ADN si ATP, principalul purtator de energie in celule, precum si pentru anumite lipide.
Oxidarea amoniacului
Bacteriile de oxidare a amoniacului (AOB), cum ar fi speciile de Nitrosomonas, oxideaza amoniacul la nitriti, un proces numit nitrificare. Bacteriile oxidante de nitriti, in special Nitrobacter, oxideaza nitritul in nitrat, care este extrem de mobil si este o cauza majora a eutrofizarii.
Clasificare
Ingrasamintele sunt clasificate in mai multe moduri. Ele sunt clasificate in functie de faptul ca furnizeaza un singur nutrient (de exemplu, K, P sau N), caz in care sunt clasificate drept „ingrasaminte simple”. „Ingrasamintele multinutrienti” (sau „ingrasamintele complexe”) furnizeaza doi sau mai multi nutrienti, de exemplu N si P. Ingrasamintele sunt, de asemenea, uneori clasificate ca anorganice. Ingrasamintele anorganice exclud materialele care contin carbon, cu exceptia ureei. Ingrasamintele organice sunt de obicei materie (reciclata) de origine vegetala sau animala. Anorganicele sunt uneori numite ingrasaminte sintetice, deoarece pentru fabricarea lor sunt necesare diferite tratamente chimice.
Ingrasaminte cu un singur nutrient („directe”)
Principalul ingrasamant simplu pe baza de azot este amoniacul sau solutiile acestuia. Azotatul de amoniu (NH4NO3) este, de asemenea, utilizat pe scara larga. Ureea este o alta sursa populara de azot, avand avantajul ca este solida si neexploziva, spre deosebire de amoniac si, respectiv, nitrat de amoniu. Cateva procente din piata ingrasamintelor cu azot (4% in 2007) a fost acoperita de nitrat de calciu amoniu (Ca(NO3)2 · NH4 · 10 H2O).
Principalele ingrasaminte fosfatice drepte sunt superfosfatii. „Single superphosphate” (SSP) este format din 14–18% P2O5, din nou sub forma de Ca(H2PO4)2, dar si fosfogips (CaSO4 · 2 H2O). Suprafosfatul triplu (TSP) consta de obicei din 44-48% P2O5, fara gips. Un amestec de superfosfat simplu si superfosfat triplu se numeste superfosfat dublu. Mai mult de 90% dintr-un ingrasamant tipic cu superfosfat este solubil in apa.
Principalul ingrasamant simplu pe baza de potasiu este muriatul de potasiu (MOP). Muriatul de potasiu consta din 95–99% KCl si este de obicei disponibil ca ingrasamant 0-0-60 sau 0-0-62.
Ingrasaminte multinutrienti
Aceste ingrasaminte sunt comune. Ele constau din doua sau mai multe componente nutritive.
Ingrasaminte binare (NP, NK, PK).
Ingrasamintele majore cu doua componente furnizeaza plantelor atat azot, cat si fosfor. Acestea se numesc ingrasaminte NP. Principalele ingrasaminte NP sunt fosfatul monoamoniu (MAP) si fosfatul diamoniu (DAP). Ingredientul activ din MAP este NH4H2PO4. Ingredientul activ din DAP este (NH4)2HPO4. Aproximativ 85% din ingrasamintele MAP si DAP sunt solubile in apa.
Micronutrienti
Micronutrientii sunt consumati in cantitati mai mici si sunt prezenti in tesutul vegetal de ordinul partilor per milion (ppm), variind de la 0,15 la 400 ppm sau mai putin de 0,04% substanta uscata. Aceste elemente sunt adesea necesare pentru enzimele esentiale si pentru metabolismul plantei. Deoarece aceste elemente permit catalizatori (enzime), impactul lor depaseste cu mult procentul lor in greutate. Micronutrientii tipici sunt borul, zincul, molibdenul, fierul si manganul.
Aceste elemente sunt furnizate ca saruri solubile in apa. Fierul prezinta probleme speciale deoarece se transforma in compusi insolubili (bio-indisponibili) la concentratii moderate de pH si fosfat in sol. Din acest motiv, fierul este adesea administrat ca un complex chelat, de exemplu, derivatii EDTA sau EDDHA.
Nevoile de micronutrienti depind de planta si de mediu. De exemplu, sfecla de zahar pare sa necesite bor, iar leguminoasele necesita cobalt, in timp ce conditiile de mediu, cum ar fi caldura sau seceta, fac borul mai putin disponibil pentru plante.
Mediu inconjurator
Ingrasamantul sintetic utilizat in agricultura are consecinte de amploare asupra mediului. Potrivit Raportului Special al Grupului Interguvernamental pentru Schimbari Climatice (IPCC) privind schimbarile climatice si terenurile, productia acestor ingrasaminte si practicile asociate de utilizare a terenurilor sunt factori de incalzire globala.
Utilizarea ingrasamintelor a dus, de asemenea, la o serie de consecinte directe asupra mediului: scurgerile agricole care conduc la efecte in aval, cum ar fi zonele moarte ale oceanelor si contaminarea cailor navigabile, degradarea microbiomului solului si acumularea de toxine in ecosisteme. Impacturile indirecte asupra mediului includ: impactul asupra mediului al fracking-ului pentru gazul natural utilizat in procesul Haber, boom-ul agricol care este partial responsabil pentru cresterea rapida a populatiei umane si practicile agricole industriale pe scara larga, sunt asociate cu distrugerea habitatului, presiunea asupra biodiversitatii si a agriculturii sau pierderea solului.
