Per una crescita sana, le piante richiedono molti differenti nutrienti. Di questi l’azoto è necessario per la crescita delle foglie e la produzione delle proteine, il fosforo promuove la crescita veloce dell’albero e delle radici, mentre il potassio regola il trasporto di altri nutrienti e l’acqua dentro la pianta. Lo zolfo è essenziale per la sintesi delle proteine ed il magnesio è richiesto per la produzione della clorofilla. Altri elementi necessari includono Ca, Na, Fe, Mn, B, Cu, Zn e Co.Le carenze di elementi nel terreno possono essere trattate con l’aggiunta di appropriati fertilizzanti.

Figura 1. Nel diciannovesimo secolo John Lawes and Henry Gilbert iniziarono una serie di esperimenti di campo per esaminare gli effetti dei fertilizzanti inorganici e i fertilizzanti chimici organici sulle coltivazioni importanti come ad esempio il grano su cui si continua fino ad oggi. La prima coltivazione sperimentale di grano fu seminata a Broadbalk, un campo nello Hertfordshire, in Inghilterra nel 1843 e raccolta nel 1844. Questo stesso campo di applicazione continua fino ad oggi ed è usato negli attuali programmi di ricerca nella stazione di ricerca di Rothamsted. Il campo è diviso in sezioni. In alcune il grano è coltivato continuamente e in altre è rotato con altre coltivazioni. Altri esperimenti usano differenti quantità di fertilizzanti, inclusi il trifosfato, il cloruro di potassio, composti del sodio e del potassio ed il letame di stalla. Gentilmente concesso dal Centro di Ricerca Rothamsted S.r.l.

Nutrienti

Le radici delle piante hanno bisogno di ricavare gli elementi delle piante dal suolo solitamente come cariche positive o negative, che devono essere presenti nel terreno.

L’azoto viene assorbito dalle piante, diverse dai legumi, sotto forma di ione nitrato  e di ione ammonio  . Sotto condizioni nel Regno Unito, gli ioni ammonio vengono rapidamente ossidati attraverso i microbi del terreno a ioni nitrato. Questi vengono assorbiti dalle radici delle piante, eventualmente che formano amminoacidi e perciò proteine.  

In condizioni di umidità alta, dove l’ossigeno è una risorsa limitata, come in una risaia, molto dell’azoto viene assorbito dagli ioni ammonio. I fertilizzanti contenenti azoto più comunemente impiegati nell’Europa dell’Est sono il nitrato di ammonio e il nitrato di calcio e ammonio (una miscela per l’80% di nitrato di ammonio ed il 20% di carbonato di calcio).

Per quanto riguarda il resto del mondo, metà dell’azoto impiegato come fertilizzante proviene dall’urea, carbammide. È il fertilizzante solido più concentrato in azoto (46% N) ed è convertito rapidamente in ioni ammonio da un enzima ureasi, presente nel suolo. Tutti i fertilizzanti contenenti azoto sono preparati a partire dall’ammoniaca e ne vengono prodotti oltre 150 milioni di tonnellate ogni anno.

Il Fosforo viene assorbito dalle radici sotto forma di ioni diidrogenofosfato H2PO–4. Il fosforo può essere applicato come triplo perfosfato, che è diidrogeno fosfato di calcio solubile in acqua, Ca(H2PO–4 )2 , o come fosfato di ammonio. La produzione di questi fosfati idrosolubili proviene dalla roccia fosfatica (apatite), che contiene varie forme di fosfato tricalcico, Ca3(PO4 )2 a sua volta insolubile in acqua. Ogni anno vengono estratte 180 milioni di tonnellate di minerale, di cui 73 provenienti dall’Asia e 43 dall’Africa (principalmente Marocco).

Vengono prodotti due fosfati di ammonio, diidrogeno fosfato di ammonio e fosfato di biammonio. Sono particolarmente utili in quanto contengono sia azoto che fosforo. Quello scelto per l’impiego dipende da quale rapporto tra azoto e fosforo è più efficace per la crescita della pianta. Tutti derivano dall’acido fosforico che viene prodotto su vasta scala, circa 38 milioni di tonnellate all’anno.

Il potassio viene assorbito come ione di potassio K+ caricato positivamente e di solito viene applicato come cloruro di potassio. Vengono estratte quantità molto grandi, oltre 50 milioni di tonnellate all’anno, di cloruro di potassio, di cui 19 milioni di tonnellate vengono estratte nell’ex Unione Sovietica e 17 in Nord America.

La deposizione di zolfo dall’atmosfera è diminuita rapidamente poiché le emissioni dei processi industriali sono diminuite in risposta alla richiesta di aria “pulita”. Ciò sta portando a una carenza di zolfo nei suoli. Così molte aziende ora producono fertilizzanti contenenti zolfo, aggiunto solitamente sotto forma di solfato di ammonio o altri sali di solfato. Tuttavia, lo zolfo elementare viene sempre più utilizzato in alcuni fertilizzanti

I fertilizzanti solidi sono disponibili in varie forme. I fertilizzanti come il solfato di ammonio e il cloruro di potassio saranno come cristalli. Alcuni, come l’urea, possono essere piccole sfere (granuli) prodotte quando il materiale fuso viene spruzzato attraverso un disco perforato e le goccioline risultanti si raffreddano e si solidificano rapidamente mentre cadono giù da un’alta torre (una torre di prilling). I granuli hanno solitamente un diametro di 2-4 mm, una forma facile da maneggiare e spalmare.

Fertilizzanti multinutrienti

I fertilizzanti multinutrienti contengono due o più dei nutrienti N, P e K e in alcuni casi possono essere aggiunti piccole quantità di zolfo, magnesio e oligoelementi come il boro. Esistono due tipi di fertilizzanti multinutrienti. Un tipo, noto come fertilizzante misto, è semplicemente una miscela di fertilizzanti individuali. Poiché i singoli fertilizzanti vengono utilizzati nella loro forma prodotta in commercio, possono essere di dimensioni e densità diverse e dopo la miscelazione possono separarsi durante il trasporto e lo spargimento. Ciò si traduce in una distribuzione non uniforme degli elementi nutritivi e in una crescita irregolare delle colture.

L’altro tipo di fertilizzante multinutriente è un fertilizzante granulare in cui ogni granulo contiene i nutrienti nel rapporto richiesto. Sono realizzati mescolando i singoli sali nutrienti, come il nitrato di ammonio, un fosfato di ammonio e il cloruro di potassio per creare un impasto liquido in un grande recipiente, noto come granulatore. All’essiccazione, i granuli hanno un contenuto di umidità di circa lo 0,5% e possono quindi essere rivestiti con un materiale idrorepellente per impedire un ulteriore assorbimento di umidità. Ciò migliora la durata di conservazione e migliora il flusso dei granuli quando vengono sparsi meccanicamente. Questi fertilizzanti sono noti come composti o talvolta come fertilizzanti complessi.

Scegliere il fertilizzante da utilizzare

Gli agricoltori hanno una vasta gamma di fertilizzanti tra cui scegliere, fertilizzanti a singolo nutriente e fertilizzanti miscelati o composti. Sia il composto che il blended sono disponibili con diverse composizioni a seconda del rapporto in cui i singoli nutrienti sono richiesti per la coltura da coltivare.

La scelta del fertilizzante si basa sulla quantità di nutrienti richiesta. L’azoto viene applicato ogni anno e la quantità necessaria dipenderà dal raccolto coltivato e dalla resa prevista. Per il fosforo e il potassio, le riserve disponibili di questi nutrienti si accumulano nel terreno e la quantità richiesta come fertilizzante dipenderà dalla quantità già presente nel terreno. Questo può essere determinato dall’analisi del suolo.

Produzione

Un impianto fertilizzante contiene diversi processi integrati:

  • l’ammoniaca è prodotta da azoto (aria) e idrogeno (prodotto da gas naturale, nafta o carbone con vapore)
  • il cloruro di potassio viene estratto e il minerale viene frantumato e purificato
  • l’acido fosforico è prodotto da fosfato di roccia (principalmente fosfato di calcio) e acido solforico, quest’ultimo essendo stato prodotto dallo zolfo (ottenuto da petrolio e gas naturale)
  • il triplo perfosfato (diidrogeno fosfato di calcio) è prodotto da roccia fosfatica e acido fosforico
  • il nitrato di ammonio è prodotto dall’ammoniaca e dall’acido nitrico (esso stesso prodotto dall’ammoniaca)
  • i fostati di ammonio sono prodotti dall’acido fosforico e dall’ammoniaca
     

Problemi ambientali

Esiste una controversia “verde” tra coloro che credono che non dovrebbero essere utilizzati fertilizzanti “artificiali” e coloro che credono che i fertilizzanti fabbricati debbano essere utilizzati per nutrire una popolazione mondiale in continua crescita. Si stima che i fertilizzanti azotati sintetici ora forniscano circa la metà delle proteine ​​nelle colture di tutto il mondo.

Poiché i fertilizzanti fabbricati contengono esattamente gli stessi nutrienti vegetali nelle forme chimiche fornite in natura, non sono di per sé dannosi per l’ambiente. Tuttavia, è importante che i tempi e la velocità di applicazione del fertilizzante o del letame siano corretti, calcolati per ottimizzare la produzione del raccolto e ridurre al minimo l’inquinamento ambientale avverso dovuto alle perdite di nutrienti.

Lo ione nitrato è particolarmente mobile nel suolo e si verificano problemi se vengono utilizzate quantità eccessive di fertilizzanti azotati o letame animale. Questo perché l’eventuale nitrato inutilizzato rimane nel terreno e c’è il rischio che possa penetrare nei corsi d’acqua.

Gli ioni fosfato applicati nel fertilizzante e nel letame si legano strettamente alle particelle del suolo e normalmente non vengono lisciviati. Alcuni ioni fosfato, tuttavia, si trovano nei fiumi e provengono dal suolo che è stato eroso nel corso dell’acqua.

Tuttavia, anche piccolissime quantità di fosfato trasferite nell’acqua possono portare ad un arricchimento di nutrienti dell’acqua – l’eutrofizzazione – che stimola la crescita delle piante. La decomposizione di un’eccessiva crescita delle piante richiede grandi quantità di ossigeno e questo diminuisce la quantità disponibile per i pesci e altri animali acquatici portando alla loro morte e, in casi estremi, alla conversione finale di un corso d’acqua in un corpo d’acqua anaerobico che è tossico per i vertebrati e ha un cattivo odore.

Ultimo aggiornamento 18 Dicembre 2020

Edizione Italiana a cura di Giovanna Di Mauro 18 Dicembre 2020

Foto in alto da Etienne Girardet on Unsplash