A Adubação Nitrogenada na Agricultura

O nitrogênio (N) é o nutriente demandado em maior quantidade pelos cultivos agrícolas e está intimamente relacionado com a produtividade e qualidade de grãos. Parte da necessidade das plantas pode ser suprida por reservas de matéria orgânica no solo, porém é comum que se faça necessária a aplicação de fertilizantes nitrogenados para que os objetivos de produtividade sejam devidamente atendidos.

Essa alta demanda de nitrogênio pela maioria das plantas ocorre porque esse elemento está presente em diversos processos metabólicos e síntese de moléculas de extrema importância para os vegetais, como a clorofila, responsável por utilizar energia solar na síntese de açúcares e causa da típica pigmentação verde dos vegetais. Além disso, o nitrogênio também integra os aminoácidos, que são conhecidos por formarem as proteínas, que podem estar presentes na estrutura celular ou nas enzimas, e por esse motivo, o nitrogênio é um fator determinante quando o assunto é gerar grãos com altos teores de proteína.

Ao analisarmos os exemplos da soja, milho e trigo, podemos comparar a média extraída de cada um dos macronutrientes principais para formar uma tonelada de grãos. Pode-se notar que o nitrogênio (N) é sempre extraído em maior quantidade pelas plantas

Figura 1: Extração de macronutrientes principais em três diferentes cultivos agrícolas. (fonte dos dados: Nutrição de Safras).

Como o nitrogênio chega até as plantas?

O nitrogênio é o elemento em maior abundância na atmosfera terrestre, correspondendo a 78% de todo o ar atmosférico. Sendo assim, é comum acreditarmos que as plantas terão o elemento em grande disponibilidade, mas infelizmente isso não ocorre, pois a maior parte deste nitrogênio atmosférico corresponde à molécula N2. Esta não pode ser assimilada diretamente pelas plantas, necessitando de processos intermediários que quebrem o nitrogênio atmosférico e o transformem em moléculas assimiláveis como a amônio (NH4). Esses processos demandam altas pressões e temperaturas, pois o N2 possui tripla ligação entre os dois átomos de nitrogênio, o que o torna um gás inerte e extremamente estável.

O processo (natural ou artificial) de transformação do nitrogênio inerte em moléculas assimiláveis é conhecido como fixação de nitrogênio e pode ocorrer de diferentes formas, como a fixação biológica que ocorre por meio da ação de microrganismos, fixação abiótica natural causada por meio de tempestades de raios ou a fixação industrial, na qual são produzidos os fertilizantes químicos contendo nitrogênio assimilável. Abaixo é possível ver três diferentes formas de fixação de nitrogênio.

- Fixação biológica: Esse processo ocorre por meio da ação de algumas bactérias no solo, que podem ser de vida livre ou associadas às raízes de plantas leguminosas, desenvolvendo neste caso uma relação simbiótica, pois essas bactérias (gênero Rhizobium) são capazes de capturar o nitrogênio atmosférico e criar moléculas assimiláveis pelas plantas, ao passo que a planta fornece às bactérias alguns compostos orgânicos produzidos por meio da fotossíntese. A grande maioria desses microrganismos já fazem parte da microbiologia do solo e irão automaticamente se associar às raízes de leguminosas como a soja, porém é comum o uso de produtos inoculadores dessas bactérias nos cultivos agrícolas, pois isso irá aumentar sua população no solo, e consequentemente aumentar o suprimento de nitrogênio para as plantas.

- Fixação natural por raios: Esse é um processo muito interessante e pouco conhecido, mas é outra forma natural de fixação de nitrogênio, que consiste na quebra do N2 da atmosfera por meio de raios, ou seja, a energia liberada no momento do raio irá quebrar a molécula de N2 e formar moléculas de amônio, que são assimiláveis pelas plantas.

- Fixação industrial: Essa forma de fixação começou a ser utilizada em meados do Século XX e foi uma das coisas que impulsionou a produção mundial de alimentos durante a Revolução Verde. Ela consiste em criar artificialmente moléculas orgânicas e fabricar fertilizantes nitrogenados de alta concentração que são facilmente assimiláveis pelas plantas. Entre esses fertilizantes estão a ureia agrícola (45% de N), o sulfato de amônio (21% de N e 24% de S), o nitrato de cálcio (15% de N e 19% de Ca), entre outros.

Figura 2: Ciclo simplificado do nitrogênio e as formas de fixação.

Vale lembrar que o nitrogênio fixado biologicamente nas leguminosas poderá ser posteriormente disponibilizado no solo durante o processo de decomposição da matéria orgânica contida na palha e em outros resíduos deixados pelas plantas. Por esse motivo, é comum que a cultura antecessora afete diretamente a necessidade de adubação do cultivo atual. Como exemplo, podemos citar o trigo, que se cultivado após a colheita do milho na mesma área, terá uma necessidade de adubação maior se compararmos a um cultivo de trigo semeado após a soja. Isso é explicado pelo fato de que o trigo e o milho são gramíneas, as quais não são capazes de fixar nitrogênio biologicamente, ao contrário da soja que é uma leguminosa. Ou seja, a prática de rotação de culturas irá reduzir o uso de fertilizantes nitrogenados na lavoura.

Mesmo que a quantidade total de nitrogênio necessário na soja para cada tonelada de grão seja superior se compararmos ao milho e ao trigo, a prática da adubação nitrogenada na soja é raramente empregada, pois a fixação biológica costuma fornecer quantidades suficientes do nutriente para garantir altas produtividades, ao passo que nas gramíneas a fixação biológica irá ocorrer com menor intensidade, se fazendo necessária a aplicação de fertilizantes.

O ciclo do nitrogênio

Uma das coisas que torna complexo o entendimento da disponibilidade de nitrogênio no sistema agrícola é seu ciclo químico e biológico no solo, sendo este considerado um dos ciclos mais importantes do ecossistema terrestre, que consiste em todas as transformações sofridas pelo nitrogênio desde a sua fixação por meios naturais ou artificiais.

De forma resumida, podemos dizer que o ciclo do nitrogênio é rápido e consiste de diversas reações químicas e ações biológicas que alteram sua forma e disponibilidade. Entre os processos conhecidos deste ciclo, podemos citar a fixação, a assimilação, a amonização, a nitrificação, a eutrofização, entre outros. Ao final de cada ciclo, é comum que os átomos de nitrogênio sejam "perdidos", ou seja, que retornem em forma gasosa à atmosfera ou que lixiviem, saindo do alcance da captação das raízes das plantas.

O entendimento do ciclo do nitrogênio é importante para conhecermos a eficiência das diferentes fontes do nutriente para as plantas. Isto se deve ao fato de que algumas fontes (como a matéria orgânica) terão disponibilização de nitrogênio mais lenta, porém em quantidades menores, ao passo que outras fontes (como a ureia) terão disponibilização muito rápida em quantidades maiores. Sendo assim, mesmo que essa disponibilização ocorra em grandes quantidades, as raízes terão pouco tempo para absorver todo o nutriente disponível e o excedente não assimilado pelas plantas em poucas horas ou dias, será perdido no decorrer do ciclo.

Figura 3: Aplicação de nitrogênio em cobertura, prática necessária para diversos tipos de cultivos agrícolas (fonte: Sulky).

Esse ciclo e as perdas de nitrogênio geradas no processo são o principal motivo do parcelamento da adubação nitrogenada. Isto é, para uma lavoura de milho que demande uma determinada quantidade de nitrogênio aplicado durante o ciclo, é comum que o agricultor opte por fracioná-la em três ou mais aplicações, sendo normalmente uma de base (durante o plantio) e o restante de cobertura (durante os estágios vegetativos ou início do reprodutivo). Esse parcelamento irá reduzir as perdas e aumentar o aproveitamento do insumo aplicado, pois sua disponibilização irá ocorrer de forma mais gradual conforme a capacidade de absorção das plantas.

Os problemas da adubação nitrogenada

Mesmo que os benefícios e a necessidade da adubação nitrogenada para a produção de alimentos no mundo seja indiscutível, essa prática possui alguns inconvenientes que acabam limitando seu uso ou até causando prejuízos (financeiros ou ambientais) consideráveis. Abaixo podemos ver os principais inconvenientes da adubação nitrogenada.

- Perdas: Diversos estudos apontam que as plantas conseguem aproveitar uma parcela relativamente pequena da quantidade total do fertilizante nitrogenado aplicado na lavoura. Esse valor gira em torno de 40% a 50%, ou seja, podemos dizer que metade do investimento em adubação nitrogenada normalmente é perdido. Um dos principais motivos de tamanha ineficiência está na estratégia de distribuição do insumo, que muitas vezes irá aportar quantidades muito superiores às que as plantas são capazes de absorver, e sabemos que cada região (zona) terá uma necessidade diferente. O excedente de fertilizante que não é absorvido em pouco tempo após sua disponibilização irá se perder no ciclo através de lixiviação e volatilização.

Figura 4: Diferença entre a necessidade de nitrogênio e a quantidade aportada em cada zona da lavoura.

- Danos ambientais: Esse problema está diretamente relacionado com as perdas, pois normalmente o excesso de nutrientes não assimilados pelas plantas irá causar poluição ambiental. A lixiviação é um exemplo de processo que causa poluição, pois leva o nitrogênio excedente para camadas mais profundas do solo e polui a água dos lençóis freáticos com substância tóxicas. Outro problema é a transformação de nitratos em um gás de efeito estufa conhecido como óxido nitroso (N2O), que é produzido no solo durante o ciclo do nitrogênio e as emissões deste gás têm relação direta com os fertilizantes nitrogenados excedentes que não são aproveitados pelo cultivo agrícola. É importante ressaltar que o óxido nitroso causa danos na camada de ozônio quase 300 vezes mais severos que o conhecido dióxido de carbono (CO2).

- Absorção excessiva: Um problema menos recorrente causado pelo excesso de nitrogênio aportado nas lavouras é o desenvolvimento vegetativo exagerado. Isso ocorre quando a planta absorve uma quantidade desnecessária de nitrogênio em estágios específicos de desenvolvimento. Normalmente isso causará o aumento do porte de plantas, mas sem melhorar a produtividade, e muitas vezes esse crescimento também poderá causar a fragilização estrutural, levando ao acamamento. É comum a ocorrência deste problema em culturas de trigo e cevada durante os estágios vegetativos, quando é realizada uma adubação de cobertura com o objetivo de promover o perfilhamento das plantas, aumentando assim o número de espigas e o melhor aproveitamento horizontal. Porém, em casos que há excesso populacional, essa adubação causará um crescimento vertical exagerado, podendo levar ao acamamento, fenômeno que gera prejuízos significativos, como a perda da qualidade dos grãos e redução da produtividade em mais de 50% nas áreas danificadas.

Figura 5: Lavoura de trigo que sofreu acamamento (fonte: Cotrijui).

É notável que um dos principais motivos causadores dos problemas citados é a má distribuição dos fertilizantes nitrogenados. Isso ocorre devido à falta de metodologias capazes de estimar a quantidade ideal de nitrogênio necessária em cada região da lavoura. O grande desafio em criar mapas com prescrições para aplicação desses insumos a taxa variável está em obter a informação dos teores de nitrogênio do solo e das plantas, o que se mostra inviável por amostragem convencional, uma vez que tais amostras têm custo elevado e podem levar semanas para ficarem prontas, inviabilizando a prescrição de nitrogênio a taxa variável. Isso ocorre porque o rápido ciclo do nutriente no solo e o desenvolvimento acelerado das plantas exigem uma tomada de decisão mais ágil e prática. Por esse motivo, o nutriente utilizado em maior quantidade na agricultura é ainda o mais mal distribuído

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Após anos de pesquisas e testes com sensoriamento remoto da vegetação, conseguimos desenvolver uma forma prática, precisa e economicamente viável de prescrever nitrogênio em taxa variável para diferentes cultivos agrícolas. Nosso método se baseia em adquirir dados radiométricos da lavoura, com os quais é possível estimar teores de clorofila, biomassa, porte e população das plantas. Com esses dados, conseguimos saber a quantidade ideal de nitrogênio a ser aplicada em cada região da lavoura.

Figura 6: Distribuição ideal do nitrogênio a taxa variável. Essa metodologia garante melhorias no aproveitamento do insumo aplicado.

Nosso método é o mais completo, ágil e confiável do mercado, com qualidade acima dos padrões mundiais, e é baseado totalmente em análises matemáticas e científicas, evitando a necessidade de tomada de decisões empíricas por parte dos técnicos responsáveis pela prescrição. Sendo assim, conseguimos aumentar significativamente os lucros da lavoura, além de contribuir com o meio ambiente, reduzindo a quantidade de resíduos gerados pela prática da adubação nitrogenada.

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