A volatilização de amônia é o principal processo responsável pelas perdas de fertilizantes nitrogenados utilizados na agricultura. Diversas estratégias vêm sendo desenvolvidas para mitigar as perdas de amônia, como:
1) Fertilizantes complexos à base de argilominerais e aditivos orgânicos;
2) Fertilizantes de eficiência aumentada com recobrimento e inibidores;
3) Biofertilizantes a base de algas e agentes microbiológicos;
4) Fertilizantes a base de resíduos orgânicos; e
5) Tecnologia de efeito de barreira baseada em membrana/filme. Vejamos a seguir detalhes de cada tecnologia. 

Fonte: Traduzido de Li et al. (2022)

O que é a volatilização de amônia? 

A volatilização da amônia refere-se à perda de fertilizantes nitrogenados para a atmosfera na forma de gás amônia. 

Esse processo é uma das principais vias de perdas do N nos agroecossistemas, sendo responsável por uma perda média de 16% de todo o N utilizado mundialmente; perdas estas que podem chegar a 40% ou mais em condições quentes e úmidas (Cantarella et al., 2018).  

Além da volatilização de amônia as perdas de N no sistema solo-planta-atmosfera podem ocorrer via desnitrificação, escoamento, lixiviação e outros. 

A ureia é o principal fertilizante nitrogenado utilizado mundialmente, principalmente devido à sua alta concentração de N (45%), boa relação custo-benefício e rápida disponibilização e absorção pelas plantas.   

Quando aplicada ao solo, a ureia sofre hidrólise da fonte nitrogenada e posterior ação da enzima urease, resultando na formação de carbonato de amônio, que é instável e se desdobra em NH₃, CO₂ e H₂O. 

Parte da NH₃ formada reage com íons H⁺ da solução do solo e com íons H⁺ dissociáveis do complexo coloidal, resultando no cátion NH₄⁺. 

Contudo, ao redor do grânulo do fertilizante pode haver uma elevação do pH à valores de 6,5 a 8,8 três dias após a aplicação da ureia (Cantarella et al., 2018). Esses elevados valores de pH conduzem a volatilização de amônia, devido à baixa formação de íons H⁺. 

A urease é uma enzima extracelular produzida por bactérias, actinomicetos e fungos do solo e também nos restos culturais. 

Fatores que têm influência sobre a urease, como pH, temperatura e umidade do solo afetam a hidrólise da ureia e a volatilização de NH₃. 

Outros fatores que podem afetar a volatilização são: trocas gasosas, taxa de evaporação de água, conteúdo de água no solo, teor de matéria orgânica do solo, presença de cobertura vegetal, etc. 

Estratégias de manejo para contornar as perdas de amônia 

As perdas mais expressivas de volatilização de amônia ocorrem quando se aplica ureia superficial no solo! Tais perdas podem ser cessadas com a incorporação do fertilizante ao solo, o que, contudo, pode ser inviável a muitos sistemas de cultivos, seja pela presença de restos vegetais na superfície do solo ou por questões relativas à rendimento econômico e de cultivo. 

A medida mais econômica para contornar essas perdas é a aplicação do fertilizante em momento prévio à uma chuva (com o solo ainda seco). Um volume de chuva acima de 10-12 mm é capaz de solubilizar os grânulos e incorporar a ureia ao solo. 

Essa estratégia, contudo, é muitas vezes inviável operacionalmente por questão de tempo e logística de aplicações.  

Se após a aplicação da ureia ocorrer uma chuva em volume insuficiente para incorporar a ureia ao solo, o grânulo pode ser solubilizado e a ureia não ser incorporada, ficando na superfície do solo e intensificando largamente as emissões de amônia. 

Outros fatores a serem considerados são: 

i) a espessura da cobertura vegetal presente no solo: uma barreira que precisa ser transposta para incorporação do fertilizante ao solo. 

ii) concentração da enzima urease: que possui atividade muito maior em resíduos vegetais em relação ao solo 

Uma coisa é certa: de todos os cenários possíveis nunca se deve aplicar ureia sobre solo úmido, onde não há chance de incorporação! É sem dúvidas o pior cenário possível! 

Tecnologias desenvolvidas para mitigação das perdas de amônia 

Por um lado, após a aplicação da ureia no solo, a concentração de íons de N solúveis no solo (por exemplo, NH₄⁺) aumentará rapidamente em um curto espaço de tempo, promovendo assim a perda de N pela volatilização da amônia. Por outro lado, a duração da liberação do fertilizante também é relativamente curta, o que não consegue atender à demanda de nitrogênio das culturas durante todo o período de crescimento. 

Para resolver tais problemas, o desenvolvimento de tecnologias avançadas de correção de fertilizantes nitrogenados é uma maneira eficaz de melhorar a eficiência de utilização de fertilizantes e reduzir a perda de N por meio da volatilização de amônia. 

As tecnologias apresentadas nesse artigo foram listadas em artigo publicado na revista Chemosphere por Li et al (2022) e são importantes tanto para melhorar a eficiência do uso de fertilizantes nitrogenados como para mitigar os riscos de poluição ambiental. 

Fertilizantes nitrogenados complexos à base de argilominerais e aditivos inorgânicos 

Os fertilizantes nitrogenados complexos são produzidos a partir de fertilizantes nitrogenados e aditivos de solo, sendo os argilominerais e algumas substâncias inorgânicas os mais importantes (Figura 1).  

Figura 1. Diagrama esquemático do uso de tecnologia de fertilizantes complexos para mitigar a volatilização de amônia. Fonte: Traduzido de Li et al., 2022. 

Os argilominerais (como a zeólita e a bentonita) possuem alta capacidade de troca iônica e elevada área de superfície, o que aumenta a retenção de fertilizantes, além de promover uma liberação lenta para minimizar a taxa de conversão de amônio em amônia.  

Conforme relatado por Li et al., 2022, estudos mostraram que o zeólita e a bentonita podem reduzir a volatilização de amônia em até 50% e são benéficos para aumentar a utilização de fertilizantes nitrogenados e o rendimento das culturas. 

Algumas substâncias inorgânicas (enxofre elementar, ácido bórico, CuSO₄, B+Cu) também podem ser incorporadas ao fertilizante nitrogenado para mitigar a volatilização de amônia devido à sua acessibilidade e baixo custo. Elas retardam a hidrólise da ureia reduzindo as atividades da urease e aumentam a retenção de NH₄⁺ alterando as propriedades do solo, como a acidificação e aumentam a capacidade de troca catiônica. 

De acordos com dados levantados por Li et al., 2022 nota-se que o efeito de inibição de um único aditivo inorgânico na volatilização de amônia (ex: ácido bórico com eficiência de 11 a 16%) é inferior ao efeito combinado de dois ou mais aditivos (ex: B + Cu com eficiência de inibição de 37%). 

Os fertilizantes complexos à base de argilominerais e aditivos inorgânicos têm a vantagem de serem de baixo custo, e estarem disponíveis a partir de minerais naturais ou subprodutos industriais. No entanto, a aplicação excessiva desses aditivos pode induzir a acidificação e compactação do solo ou danificar a estrutura do solo, podendo causar poluição ambiental secundária e aumentar potenciais riscos ambientais (Li et al., 2022). 

Fertilizantes nitrogenados de eficiência aumentada com revestimento e inibidores 

Os fertilizantes nitrogenados de eficiência aumentada com revestimento adicional e inibidores de urease/nitrificação foram desenvolvidos para controlar a evolução da amônia durante a hidrólise da ureia. O revestimento adicionado ao fertilizante controla a liberação de nutrientes, suprimindo um ou mais processos de transformação de nitrogênio responsáveis pelas perdas (Figura 2). 

Figura 2. Diagrama esquemático do uso de tecnologia de fertilizantes de eficiência aumentada para mitigar a volatilização de amônia. Fonte: Traduzido de Li et al., 2022. 

O fertilizante revestido mais utilizado, também conhecido como fertilizante de liberação controlada/lenta, inclui o revestimento com polímero e/ou revestimento de aditivos inorgânicos/orgânicos, etc.  

Nos últimos anos, uma grande variedade de fertilizantes revestidos foi desenvolvida. Em comparação com a ureia tradicional, os fertilizantes revestidos comprovadamente reduzem significativamente a volatilização de amônia.  

Em uma meta análise, Pan et al. (2016) relataram que os fertilizantes nitrogenados de liberação controlada/liberação lenta podem reduzir a volatilização de amônia em média em 68%. Entre os revestimentos analisados, a ureia revestida com resina termoplástica, a ureia revestida com enxofre e a ureia revestida com poliolefina podem mitigar a perda de amônia em 82,7%, 78,4% e 69,4%, respectivamente. 

Dentro desse grupo de fertilizantes também se encontra os revestidos por inibidores da urease (como o N-(n-butil) triamida tiofosfórica -NBPT) e por inibidores da nitrificação (como a dicianodiamida – DCD).  

Como a atividade da urease pode afetar diretamente o processo de volatilização da amônia no solo, os inibidores de urease podem ser adicionados para controlar a atividade da urease de forma que a ureia penetre no solo antes da hidrólise e forme um complexo de troca com o solo, resultando na diminuição da concentração de NH₄⁺ produzido por hidrólise e, finalmente, reduzindo a perda de volatilização de amônia (Li et al., 2022).  

Em levantamento de trabalhos sobre o revestimento da ureia com NPBT encontrou-se uma redução média de 53% nas perdas de amônia por volatilização, com ganho médio de produtividade pelo uso do NBPT da ordem de 6,0% – variando de -0,8 a 10,2% dependendo da espécie de cultivo (Cantarella et al., 2018). 

Observa-se que este tipo de técnica de adição de fertilizantes apresenta um alto desempenho de inibição da volatilização de amônia com uma eficiência de inibição média de 54,3%, dentre os quais os fertilizantes revestidos podem efetivamente impedir 63,6% de volatilização de amônia enquanto os inibidores de urease mitigam 45,6%, nos 37 estudos compilados por Li et al. (2022).  

Em geral, os fertilizantes de eficiência aumentada baseados no revestimento e na inibição realizam a redução de amônia e aumento da eficiência do fertilizante nitrogenado, impedindo a hidrólise do N-fertilizante e coordenando o padrão de fornecimento do N para que geralmente apresentem as características de “ação prolongada, liberação lenta, economia de energia e proteção ambiental”. 

 No entanto, também existem algumas desvantagens, como preço alto, material de revestimento vulnerável, dano potencial à estrutura do solo e incapacidade das características de liberação de nutrientes corresponder totalmente às necessidades de nutrientes da cultura durante o período de crescimento. Portanto, as soluções para esses problemas existentes serão as direções de desenvolvimento futuro dessa tecnologia de mitigação de volatilização de amônia. 

Biofertilizantes nitrogenados a base de algas e agentes microbiológicos 

A aplicação de biofertilizantes é uma prática já em uso para minimizar as emissões de amônia por volatilização (Figura 3). 

Figura 3. Diagrama esquemático do uso de tecnologia de biofertilizantes para mitigar a volatilização de amônia. Fonte: Traduzido de Li et al., 2022. 

Este tipo de fertilizante é considerado uma alternativa aos fertilizantes químicos, que podem direta ou indiretamente melhorar a estrutura do solo, restaurar a fertilidade do solo, manter o equilíbrio da microflora da rizosfera e degradar substâncias tóxicas. 

Diferentemente dos fertilizantes nitrogenados sintéticos, os biofertilizantes à base de agentes microbiológicos são desenvolvidos para reduzir a volatilização de amônia principalmente pela redução da quantidade de NH₄⁺-N que permaneceu no solo, inclusive reduzindo o acúmulo de NH₄⁺-N pela inibição da conversão de fertilizantes nitrogenados em NH₄⁺-N e aumentando o consumo de NH₄⁺-N, ou seja, acelerando a nitrificação do NH₄⁺-N, que se apresentam mais econômicos e benéficos. 

Alguns dos agentes microbiológicos já estudados e que mostraram redução na volatilização de amônia foram: Bacillus amyloliquefaciens e Bacillus subtilis, que se mostraram eficientes em reduzir a volatilização de amônia em 68% e 44%, respectivamente; além de Trichoderma viride (redução de 32 a 42% da volatilização). 

Esses agentes microbiológicos evitam o alto pH do solo que geralmente é induzido ao usar fertilizante convencional à base de ureia; além de aumentar a capacidade de nitrificação do solo, convertendo o NH₄⁺ à NO₃^– e reduzindo as chances de perdas de amônia. 

O uso de algas (como Azzola, lentilha d´água, biofilme de microalgas) também tem se mostrado bastante promissor na redução de perdas de amônia em arrozais. Em 7 estudos levantados por Li et al. (2022) com o uso de algas é possível verificar uma excelente eficiência média de mitigação na volatilização (cerca de 50,1%); o que sugere que essa é uma técnica promissora de correção de fertilizantes.  

Nos últimos anos, o desenvolvimento de biofertilizantes surgiu como uma direção de pesquisa crescente para a tecnologia de controle de amônia. No entanto, devido às suas rígidas exigências sobre as condições ambientais, ainda há um longo caminho a percorrer no desenvolvimento de biofertilizantes com capacidade de inibição de amônia de alta eficiência e rápida adaptabilidade ao ambiente.  

Fertilizantes nitrogenados a base de resíduos orgânicos 

Fertilizantes nitrogenados orgânicos e à base de resíduos orgânicos são geralmente processados a partir de materiais biológicos, resíduos animais e vegetais e resíduos vegetais (Figura 4). Desempenha um papel vital na melhoria das propriedades físicas e químicas e da atividade biológica do solo, fornecendo nutrição abrangente para as culturas e reduzindo a perda de N por escoamento superficial, volatilização de amônia e lixiviação de nitrato. 

Figura 4. Diagrama esquemático do uso de tecnologia de biochar para mitigar a volatilização de amônia. Fonte: Traduzido de Li et al., 2022. 

Os fertilizantes nitrogenados à base de resíduos orgânicos são geralmente aplicados em conjunto com outras medidas agronômicas, e a eficiência média de mitigação investigada da volatilização de amônia é de cerca de 45,6%.  

A pesquisa sobre fertilizantes orgânicos à base de resíduos ainda é relativamente limitada e embora eles possam reduzir a volatilização de amônia até certo ponto, seus impactos a longo prazo no crescimento das culturas e nas propriedades do solo precisam ser mais estudados. 

Um dos fertilizantes orgânicos que têm potencial interessante é o biochar. Porém é preciso certo cuidado ao usar biochar para reduzir a perda de nitrogênio via volatilização de amônia porque a volatilização de amônio pode ser reduzida ou aumentada, de acordo com as características ácido-base do biochar. 

Especificamente, o biocarvão neutro ou ácido pode reduzir a volatilização da amônia. O baixo pH do biocarvão neutro ou ácido pode induzir um efeito neutralizante quando aplicado ao solo, que reduz o pH do solo, inibindo assim a conversão de NH₄⁺ em NH₃. 

Além disso, estudos têm revelado outros mecanismos que auxiliam na redução da perda de N via volatilização de amônia: a adição de o biocarvão pode: 

i) promover o processo de nitrificação e assim aumentar a capacidade de fixação de nitrogênio microbiano do solo; 

ii) melhorar a capacidade de adsorção físico/química através da grande área de superfície do biochar e grupos funcionais especiais; 

iii) aumentar a capacidade de troca de cátions do solo para aumentar a capacidade de fixação de nitrogênio do solo. 

Por outro lado, alguns biochar podem promover a volatilização da amônia, especificamente o biochar alcalino, que promove uma elevação do pH do solo, o que favorece a conversão de NH₄⁺ em NH₃. 

Além disso, o biocarvão alcalino também promoveria a perda de nitrogênio por volatilização de amônia por diferentes vias:  

i) Inibe o processo de nitrificação, aumentando o acúmulo de amônio no solo;  

ii) Aumenta a respiração do solo, aumentando assim a troca de gases do solo (por exemplo, amônia); 

iii) Aumenta a atividade microbiana do solo, que acelera a decomposição do nitrogênio orgânico do solo, aumentando assim a concentração de amônio mineralizado 

Devido à complexa estrutura e propriedades do biochar produzido a partir de uma variedade de materiais, sua influência na volatilização da amônia em terras agrícolas está relacionada a muitos fatores, assim mais estudos são necessários. 

Uma análise quantitativa de quase 20 estudos sobre o efeito inibitório do biochar na volatilização da amônia revela que sua extensa eficiência inibitória (4,4% a 82%) indica que o efeito inibitório do biochar na volatilização da amônia é profundamente afetado por vários fatores, como o tipo de fonte do biochar e tipo de solo, com eficiência inibitória média de 36,6% (Li et al., 2022). 

Tecnologia de efeito de barreira baseada em membrana/filme para fertilizantes nitrogenados 

A tecnologia de mulching baseada em membrana/filme é uma técnica que usa a membrana como meio de suprimir a volatilização de amônia dos arrozais (Figura 5). 

Figura 5. Diagrama esquemático do uso da tecnologia de mulching de membrana para mitigar a volatilização de amônia. Fonte: Traduzido de Li et al., 2022. 

Fertilizantes com essa tecnologia inibem a perda de amônia por meio de efeitos físicos e químicos, sem alterar as propriedades do fertilizante nitrogenado e os métodos de fertilização.  

Além disso, o uso de membrana/filme também pode reduzir a evaporação da água, aumentar a temperatura da superfície da água, inibir o crescimento de algas e melhorar a eficiência da utilização do N, economizando fertilizantes, água e aumentando o rendimento. 

Existem várias membranas/filmes típicos que podem ser utilizados para controle de volatilização de amônia – com eficiência média de mitigação da volatilização de amônia de 29%, de acordo com Li et al. (2022). No momento, o filme de polietileno e a membrana molecular de superfície orgânica são dois filmes comumente usados para campos de arroz.  

Espera-se que essas membranas/filmes possam ser degradadas naturalmente sem causar poluição secundária, apresentando bons benefícios ambientais e econômicos. No entanto, as membranas/filmes existentes apresentam problemas como formação de filme instável, fácil quebra, alto custo e fácil agregação.  

Portanto, a pesquisa sobre a melhoria da propriedade e a aplicação apropriada dessas membranas/filmes se tornará um dos pontos críticos na futura pesquisa de tecnologia de controle de volatilização de amônia. 

Conclusões 

Entre os estudos investigados por Li et al. (2022), a tecnologia de fertilizantes nitrogenados de eficiência aumentada apresenta a capacidade de inibição mais eficaz da volatilização de amônia (~ 54,3%), seguida pela tecnologia de biofertilizante (~ 50,1%).  

A tecnologia de fertilizantes orgânicos e à base de resíduos orgânicos é frequentemente aplicada com várias medidas agronômicas com uma eficiência média de mitigação de amônia de 45,6%, e a tecnologia típica de adição de biocarvão pode aumentar ou diminuir profundamente a volatilização de amônia, dependendo dos tipos de fonte de biocarvão e das propriedades do solo.  

A tecnologia tradicional de fertilizantes nitrogenados complexos pode inibir a volatilização de amônia em 33,5%, enquanto a atual tecnologia de controle baseada em membrana/filme pode reduzir a volatilização de amônia em 29%. 

Referências 

Cantarella, H.; Otto, R.; Soares, J.R.; Silva. A.G.B. Agronomic Efficiency of NBPT as a Urease Inhibitor: A review. Journal of Advanced Research. V. 13, p. 19-27, 2018. DOI: 10.1016/j.jare.2018.05.008 

Li, T.; Wang, Z.; Huang, J.; Feng, Y.; Shen, W.; Zhou, M.; Yang, L. Ammonia volatilization mitigation in crop farming: A review of fertilizer amendment technologies and mechanisms. Chemosphere. V. 303, 134944, 2022. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.134944 

Pan, B.; Lam, S.K.; Mosier, A.; Luo, Y., Chen, D. Ammonia volatilization from synthetic fertilizers and its mitigation strategies: a global synthesis. Agriculture, Ecosystem and Environment. v. 232, p. 283–289. 2016. DOI: 10.1016/j.agee.2016.08.019. 

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