Fertilizzanti

Capitolo 5f fertilizzanti

L'uso del letame in agricoltura risale alla più remota antichità, ma solo poco più di duecento anni fa i chimici si posero il problema della razionale utilizzazione del suolo agricolo al fine di favorire le coltivazioni più utili all'uomo. Nel 1840 J. Liebig con un suo scritto: "La chimica e la sua applicazione all'agricoltura e alla fisiologia" rilevò che le piante hanno bisogno, oltre che della CO₂ e dell'acqua, di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio. Gli studi successivi misero progressivamente in chiaro l'importanza che i tre elementi N, P, K fondamentali assumono come promotori di fertilità nell'agricoltura.

Parallelamente si sviluppò l'industria dei fertilizzanti chimici che costituisce tuttora uno dei pilastri della industria chimica inorganica. I fertilizzanti si suddividono in azotati, fosfatici, potassici. Oltre a questi esistono i fertilizzanti cosiddetti "complessi", il cui nome deriva dal fatto di contenere più di un elemento fondamentale. I fertilizzanti azotati sono quelli maggiormente utilizzati ed indubbiamente sono oggi quelli più importanti.

Diffusione e osservazioni

Fertilizzanti azotati

I prodotti chimici più utilizzati come fertilizzanti azotati sono: solfato di ammonio, nitrato di ammonio, nitrato di calcio, urea, calciocianammide. Oltre a questi si hanno dei fertilizzanti complessi contenenti elevate percentuali di azoto. La produzione italiana di azotati negli ultimi anni è superiore al consumo e viene esportata in gran parte. Tranne il caso delle leguminacee, che contengono batteri capaci di assimilare direttamente l'azoto dell'aria, questo elemento viene assimilato solamente sotto forma di nitrato. Per fortuna esistono dei batteri nel terreno che operano la trasformazione dell'azoto ammoniacale in azoto nitrico (batteri nitrificanti) e permettono l'uso dei sali ammonici come concime. Mentre i nitrati sono molto solubili e vengono facilmente dilavati dalle piogge, i sali di ammonio sono meno solubili e vengono fissati meglio dal terreno. Poiché l'azione dei batteri nitrificanti richiede un certo tempo, ne segue che, mentre i nitrati sono concimi ad azione rapida che vanno dati in primavera, i concimi ammonici devono essere preferibilmente sparsi in autunno.

L'azione fertilizzante dell'urea e della calciocianammide si basa sulle seguenti reazioni di idrolisi:

CO(NH₂)₂ + 2H₂O = (NH₄)₂CO₃

CaCN₂ + 5H₂O = Ca(OH)₂ + (NH₄)₂CO₃

e quindi si tratta di concimi ad azione lenta. In Italia il solfato d'ammonio rappresenta il fertilizzante azotato di maggior consumo; esso viene messo in commercio con un titolo di azoto del 20÷21%, è ottenuto in gran parte per neutralizzazione di acido solforico con ammoniaca ed anche per trattamento del gesso con ammoniaca e anidride carbonica. Il nitrato di ammonio costituisce il composto più impiegato in tutti i Paesi produttori di fertilizzanti (eccetto forse Italia e Inghilterra), esso viene usato come tale e in miscela (con solfato ammonico, con fosfato ammonico); ha l'inconveniente di una elevata igroscopicità che rende difficile lo stoccaggio. Inoltre il nitrato ammonio è suscettibile di detonazione per la sua sensibilità al calore e agli urti, questa però diminuisce se si mescola il nitrato d’ammonio con solfato ammonico o con carbonato di calcio, farina fossile, argilla. Il nitrato di calcio viene preferito in alcuni Paesi per la sua rapidità d'azione e per le caratteristiche di alcalinità, mentre incontra difficoltà in altri per il suo basso titolo (15,5% N₂) che rende onerose le varie manipolazioni ed il trasporto. Anch'esso è fortemente igroscopico.

L’urea è un fertilizzante molto ricco, teoricamente ha 46,6% di N₂, di solito ne contiene circa il 45%. Il suo consumo è sempre in aumento in tutti i paesi. In Italia la sua produzione è cresciuta in maniera notevole negli ultimi decenni. I vantaggi del suo impiego derivano dall'alto titolo che fa diminuire i costi di trasporto e di manipolazione, e lo rende utilissimo nella formazione di fertilizzanti complessi, dall'assenza di tossicità, di pericolosità, dalla relativa facilità di produzione.

La calciocianammide trova discreto favore presso gli agricoltori solo in pochi Paesi (Italia, Germania, Giappone). Essa trova applicazione soprattutto nei terreni compatti, poveri di calce o argillosi; la presenza di sostanze colloidali nel terreno facilita la trasformazione in urea e l'utilizzazione da parte delle piante.

In questi ultimi anni vengono utilizzati, come fertilizzanti, con sempre maggiore frequenza l’ammoniaca liquida e le soluzioni acquose di diversi composti (nitrato ammonico, urea). L'ammoniaca può essere usata tal sia in forma di liquido anidro che di soluzione acquosa. Questo secondo sistema risulta notevolmente più dispendioso perché le soluzioni acquose usate di solito non contengono più del 25% di ammoniaca. Il prodotto anidro deve essere iniettato nel terreno a una profondità di circa 15 cm; con appropriate condizioni di umidità e temperatura del terreno, velocità d'iniezione, ecc., le perdite di ammoniaca per mancato assorbimento sono trascurabili. Il costo di questa applicazione è relativamente elevato; però tale forma d'impiego, non molto praticata in Italia, è largamente adottata in altri Paesi: così negli USA il suo consumo rappresenta circa un quarto del totale dell'azoto impiegato in agricoltura.

Ciclo dell'azoto

L'azoto rappresenta circa il 79% dei gas nell’atmosfera e negli organismi viventi si trova negli amminoacidi, nei nucleotidi ed in alcune molecole organiche cicliche. Alcuni microrganismi utilizzano N₂ gassoso, altri esseri viventi lo metabolizzano per lo più sotto forma di nitrato (NO₃^-). La prima tappa è la fissazione dell’azoto, che può essere atmosferica, biologica e industriale. La fissazione atmosferica fotochimica è conseguente a fenomeni ionizzanti (radiazioni, fulmini) che forniscono l'energia per le seguenti reazioni:

• N₂ = 2N
• 2N + 3H₂ = 2NH₃
• N₂ + x/2O₂ = NO_x

La via biologica permette la fissazione di quantità maggiori di azoto ed è operata dalle alghe azzurre e da Nostoc con H₂. Nel terreno l'azoto può essere fissato da batteri simbionti o non-simbionti. La fissazione non-simbiontica dell’azoto è tipica di Azotobacter, che vive libero nel terreno. La fissazione simbiontica avviene nei tubercoli radicali; ad esempio, i batteri del genere Rhizobium vivono in simbiosi con le radici delle leguminose, dove formano noduli; con questa simbiosi la pianta può disporre di azoto metabolizzabile e migliorare la crescita, in cambio i batteri ricevono sostanze nutritive. Nella fissazione industriale, l'azoto atmosferico è fatto reagire in modo da ottenere nitrati da impiegare come fertilizzanti. Indipendentemente dalla via di fissazione dell'azoto, nel terreno si ritrovano i suoi prodotti: ammoniaca, nitriti e nitrati. I nitrati sono utilizzati dalle piante per costruire i composti azotati, l'ammoniaca ed i nitriti sono convertiti in nitrati da parte dei batteri nitrificanti.

I batteri del genere Nitrosomonas ossidano l'ammoniaca a nitriti con la reazione:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O

I batteri del genere Nitrobacter ossidano ulteriormente i nitriti a nitrati:

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃

I nitrati prodotti dai batteri nitrificanti o dalla fissazione dell'azoto sono essenziali per la fertilità del suolo e per le coltivazioni.