El fósforo es la base de toda la vida en la tierra. Es el sexto elemento más abundante en los organismos vivos, es un componente necesario del ADN y de nuestro código genético y proporciona la energía para todos los procesos metabólicos. El fósforo es esencial para la seguridad alimentaria mundial. La producción de alimentos, forrajes, fibras y energía que respaldan el crecimiento de la población no sería posible sin P. Sin embargo, la pérdida de P en la agricultura puede causar problemas con la calidad del agua y provocar la eutrofización; y la materia prima para hacer el fertilizante de fósforo, la roca fosfórica, es un recurso no renovable. Si bien el mundo no corre peligro de quedarse sin roca fosfórica en un futuro previsible, nos corresponde utilizar este valioso recurso de la manera más eficiente posible (Scholz et al., 2014). El manejo de nutrientes dentro de un marco de 4R—aplicación de la fuente correcta de nutrientes para plantas, aplicado en la dosis correcta, en el momento y en el lugar correcto—es la base del uso eficiente de P.
En 1669, el alquimista alemán Hennig Brandt descubrió accidentalmente el fósforo mientras buscaba la “piedra filosofal”, una sustancia alquímica legendaria capaz de transmutar metales básicos de menor valor en oro (Krafft, 1969). Los experimentos de Brandt, que incluían la destilación de orina humana con piezas de plata, produjeron una sustancia cerosa blanca que brillaba en la oscuridad. Llamó a la sustancia “fuego frío”, que luego se cambió a “fósforo”, que significa portador de luz.
En 1776, P fue reconocido como el elemento 13 en la historia del descubrimiento de elementos (Emsley, 2000). En su forma elemental, el P blanco es altamente reactivo y no se encuentra en la naturaleza. Expuesto al aire, es inflamable, puede arder espontáneamente y es venenoso en dosis bajas. Debido a sus propiedades destructoras de la vida cuando se usa en aplicaciones militares (p. ej., bombas, gas nervioso), se le conoció como el “elemento del diablo”.
Durante un siglo, la orina fue la única fuente de P hasta que dos científicos suecos, Ghan y Scheele, la encontraron en los huesos en 1770 (Wisniak, 2005). En los años siguientes, se desarrollaron procesos de fabricación para la producción comercial de P. La ceniza de huesos se hizo reaccionar con ácido sulfúrico para producir fosfato de calcio [Ca(H2PO4)2]. En 1831, Heinrich Kohler patentó un método para acidular huesos con ácido sulfúrico en Austria y en 1835, James Murray y un médico irlandés se refirieron al “superfosfato de cal” en conferencias y se emitieron patentes en Irlanda, Escocia e Inglaterra que cubrían la acidulación. de huesos en 1842. Más tarde se descubrió que el P era un constituyente principal de ciertas rocas ígneas y sedimentarias.
Casi al mismo tiempo, Justus von Liebig hizo referencia a la mezcla de ácido sulfúrico con huesos finamente redondos para que los huesos fueran más efectivos en el suministro de P a las plantas. En sus ediciones de 1840 y posteriores de Química orgánica en su aplicación a la agricultura y la fisiología, recomendó:
“… verter sobre los huesos, en estado de polvo fino, la mitad de su peso en ácido sulfúrico diluido con tres o cuatro partes de agua, y después de haber digerido por algún tiempo, agregar cien partes de agua, y esparcir esta mezcla sobre el campo antes que el arado… Los experimentos han demostrado que ni el maíz ni las plantas de huerta sufren efectos nocivos en consecuencia, sino que, por el contrario, prosperan con mucho más vigor” (Liebig, 1840).
Leibig, además de sugerir que los huesos se trataran con ácido, influyó mucho en el pensamiento sobre nutrición vegetal y fertilizantes. Sus teorías estimularon la investigación de otros.
John Bennett Lawes usó polvo de hueso en su propiedad cerca de Harpenden, Inglaterra, para fertilizar nabos en 1836-1838, pero con poco efecto (Nelson, 1990). Luego comenzó una serie de experimentos en macetas a pequeña escala en 1839 con huesos y fosfatos minerales acidulados con ácido sulfúrico y otros, y en 1840-1841 trasladó sus ensayos al campo, lo que condujo a la concesión de su famosa patente de superfosfato en 1842. En 1846, Lawes compró la patente de Murray para evitar cualquier cuestión de prioridad que pudiera surgir y en 1848 modificó su patente para eliminar todas las referencias a huesos y productos óseos, limitándola a “apatito y fosforita, y otras sustancias que contienen ácido fosfórico”.
Lawes comenzó a fabricar y vender superfosfato de cal en 1843 y eso marcó el comienzo de la industria mundial de fertilizantes de fosfato. En una década, 14 empresas en Inglaterra producían superfosfato y se extendía rápidamente a otras partes del mundo. (Russel y Williams, 1977). A medida que escaseaban los huesos, los productores de Inglaterra cambiaron a los coprolitos, un nódulo duro que se encuentra justo encima de la capa de arcilla en algunos suelos cercanos. Más tarde se importó apatito de Noruega y roca fosfórica de Francia y Bélgica. La roca fosfórica se descubrió en los EE. UU. en 1867 y poco después en muchos otros países del mundo.
El superfosfato simple, con un contenido de fósforo relativamente bajo (~20 % de P2O5), dominó los fertilizantes fosfatados durante más de 100 años. Pequeñas cantidades de superfosfato concentrado (44 a 48 % de P2O5), es decir, superfosfato triple (TSP), se produjeron en Alemania a principios de la década de 1870 (Leikham y Achorn, 2005). Sin embargo, como su producción dependía del ácido fosfórico… no fue hasta la década de 1950 que el TSP se convirtió en un importante fertilizante fosfatado con el desarrollo de la primera planta de ácido fosfórico (Robinson, 1980). La introducción de TSP inició la era de los fertilizantes de fosfato de “análisis alto” y estableció la industria del fosfato cerca de los depósitos de fosfato de roca (Leikham y Achorn, 2005).
La producción de TSP alcanzó su punto máximo en la década de 1980, pero desde entonces ha sido reemplazada por fosfatos de amonio. Cuando el amoníaco sintético estuvo disponible comercialmente, su uso para superfosfato amónico creció rápidamente. La producción de diferentes grados de fosfato de amonio estuvo disponible desde principios de la década de 1910, pero no fue hasta la década de 1960 que la producción de fosfato de amonio se convirtió en algo común.
Lawes experimentando con materiales fertilizantes lo llevó a establecer la Estación Experimental de Rothamsted en su finca en 1843 (Rothamsted Research, 2018). Sin embargo, sin formación formal en química u otras ciencias, nombró a Joseph Henry Gilbert, un químico que había estudiado brevemente con Liebig, como su colaborador científico. Lawes y Gilbert trabajaron juntos durante casi 60 años. Plantaron el primero de los experimentos clásicos a largo plazo de Rothamsted
en el campo Broadbalk en 1843 y durante los siguientes 13 años estableció nueve experimentos a largo plazo. El objetivo era medir los efectos de los fertilizantes inorgánicos en el rendimiento de los cultivos.
Los fertilizantes inorgánicos se compararon con el estiércol de granja probado solo y en varias combinaciones. El superfosfato simple se probó en todos los estudios. Producir el mismo cultivo en la misma tierra, año tras año, fue una característica de muchos de los estudios.
Rothamsted se ha convertido en el hogar de los ensayos de fertilizantes más antiguos y de mayor duración en el mundo. Uno de los primeros resultados más importantes de los experimentos fue que los cultivos no responden al N cuando hay muy poco P disponible para las plantas en el suelo (Johnson y Poulton, 2018). Hemos aprendido mucho sobre el P disponible para las plantas, la fijación de P, el P residual y la respuesta de los cultivos a la fertilización con P a partir de estos ensayos a largo plazo.
El experimento Broadbalk de Rothamsted ha cultivado trigo de invierno de forma continua desde 1843. La aplicación de fertilizantes nitrogenados, con fósforo y potasio, ha sido responsable de hasta el 82 % del rendimiento del trigo en comparación con la aplicación de fósforo y potasio solos, con un promedio general del 64 % (Figura 1) . Entre 1970 y 1995, con variedades de trigo de invierno de alto rendimiento que recibieron 95 kg N/ha, la omisión de P disminuyó los rendimientos en un promedio del 44 % (Stewart et al., 2005).
El nitrógeno proporciona la base para la proteína animal y humana y es esencial para que los cultivos alcancen rendimientos óptimos. Aproximadamente la mitad de la población mundial se sustenta con fertilizantes nitrogenados (Erisman et al., 2008), pero el nitrógeno no se usa de manera eficiente o efectiva sin fósforo. Australia, Canadá, Estados Unidos y el Reino Unido han sido revisados recientemente por Duncan et al. (2018). Informaron sobre datos de 11 estudios que mostraban rendimientos de grano que oscilaban entre 1000 y 3590 kg/ha sin fertilizante, entre 1100 y 4015 cuando se aplicó N solo y entre 2610 y 6270 kg/ha cuando se aplicaron N y P juntos (Figura 2). El rendimiento adicional del P varió de 142 a 3205 kg/ha. La aplicación de P con N aumentó la NUE en 9 de los 11 estudios, lo que resultó en aumentos que oscilaron entre 2,1 y 31,2 kg de grano adicional/kg de N aplicado en comparación con el N aplicado solo. El fósforo es crucial para la nutrición equilibrada de las plantas.
Referencia: IPNI CANADA, (2019). http://www.ipni.net/publication/bettercrops.nsf/0/60B96CA325BF6CE5852583B7004D75A3/$FILE/BC-2019-1%20p6.pdf
