Nitrógeno
La atmósfera es la principal fuente de nitrógeno; otras fuentes naturales son los nitratos, el carbón y la materia orgánica. Los principales depósitos de nitratos se localizan en el norte de Chile, contienen entre un 5 -30 % de nitrato de sodio.
El nitrógeno es esencial para la formación de las proteínas y de la clorofila, proporcionando un valor nutritivo mayor y una producción más elevada.
Este elemento está presente en la atmósfera como N2, el cual en ocasiones es extraído naturalmente por ciertas plantas, como las leguminosas, pero en la mayoría de los casos es obtenido directamente del suelo, por lo que es crítica su cuantificación, considerándose que por debajo del 1% de N el suelo es pobre y debe suplementarse con abonos nitrogenados, que pueden ser amoniacales, nítricos o combinados. Comercialmente la fuente de nitrógeno incluye tanto formas orgánicas, como inorgánicas. Uno de los métodos más conocidos para la obtención de abonos nitrogenados es, el denominado método HABER-BOSH, que consiste en la producción de amoníaco sobre la base del nitrógeno tomado del aire. Los productos finales obtenidos son sulfato de amonio (20 % de N), cloruro de amonio (21-23% de N) y fosfato de amonio (abono binario con 20% de N y 40-52% de ácido fosfórico soluble), urea, (la forma orgánica más común contiene 45% de N), nitrato de amonio sólido (33-34% N) y líquido (19-21 % N), amoníaco anhidro (82% N) y soluciones de nitrógeno (28-32 %).
Los abonos nítricos tienen como ventaja que no necesitan una transformación en el suelo y son rápidamente solubilizados y tomados por los cultivos, pero por ello son también mayores las pérdidas por lixiviación que en el caso de los abonos amoniacales. Las principales sales nítricas son nitrato de sodio o salitre chileno (16% de N), nitrato de calcio (13-15 % de N) y nitrato de potasio, abono binario con 13 % de N y 44 % de K2O.
Es frecuente el uso de formulaciones combinadas de fertilizante NPK (nitrógeno, fosfato y Kali -denominación alemana de potasio-); fórmulas que son actualizadas constantemente de acuerdo a las necesidades de la agricultura intensiva. Para la producción de NPK se emplean materias primas naturales, en particular el nitrógeno se obtiene a partir del aire que contiene el 78 % de dicho elemento y aunque se han hecho grandes progresos respecto al aprovechamiento de energía por medio de la síntesis del amoníaco, se requieren cantidades considerables de gas natural para su elaboración.
Con el desarrollo de los procesos de síntesis de nitrógeno, muchos productos químicos han entrado al mercado para competir con los nitratos chilenos, a pesar de éstos contener otros elementos tales como boro, calcio, potasio, litio, iodo y estroncio, que en menor escala contribuyen a mejorar el suelo. La demanda actual indica que la venta de los nitratos chilenos sigue siendo relativamente alta
Fósforo
El fósforo es otro de los componentes críticos e interviene en casi todas las reacciones químicas, ya sea en compuestos minerales como en combinaciones orgánicas (lecitina, fitinas, proteínas). Es absorbido desde el suelo por las plantas en forma de H2PO4- ión y una vez en la planta entra dentro de la composición del fosfolípido y del ácido nucleico. La falta de fósforo reduce la producción de granos y semillas y su deficiencia disminuye el valor alimenticio.
El fósforo se encuentra en el suelo como fosfato de calcio soluble en agua (monocálcico), soluble en ácidos débiles (bicálcico) e insoluble (tricálcico). En el caso de las plantas sólo interesa el fosfato denominado asimilable y que comprende las dos primeras variedades mencionadas.
En las áreas de cultivos conviene agregar componente fosfatados para mantener el contenido de fósforo que se pierde con los cultivos intensivos o bien por deficiencias naturales del suelo. Los fertilizantes fosfatados son altamente reactivos con las arcillas y constituyentes orgánicos de los suelos y forman componentes relativamente insolubles, y esto hace que no migre hacia niveles inferiores sino que se concentre en una capa superficial.
Las concentraciones de fósforo se indican en P2O5 y la mineralogía y la composición geoquímica son fundamentales para determinar el método de extracción, el proceso de beneficio, el tipo de comercialización y el impacto ambiental que produciría su eventual explotación.
La principal fuente de fósforo asimilable proviene de la fabricación de los llamados superfosfatos, tratándose la roca fosfática con ácido sulfúrico para su obtención. Aproximadamente el 70 % de los fosfatos explotados se convierten inicialmente en ácido fosfórico, producto importante intermedio en la manufactura de fertilizantes fosfáticos.
Otras fuentes de fósforo asimilable corresponden al fosfato bicálcico, proveniente del tratamiento del fosfato mineral asimilable con HCl, obteniéndose una sal soluble en citrato de amonio con un contenido de 26-40 % P2O5; escorias de desforización subproducto de la fabricación de acero con 14-16% de P2O5 de fósforo asimilable y fosfatos de calcio naturales molidos provenientes de fosforitas, con un contenido fluctuante entre 18 y 30 % de P2O5.
Estas materias primas pueden ser transformadas por el método de nitrofosfato en fertilizantes homogéneos químicos complejos (incorporación del fósforo en el NPK): Mediante la reacción con ácido nítrico se convierte el fosfato natural en mono o di fosfato de calcio, que son formas asimilables por las plantas. Después de logrado el enfriamiento del producto de esta reacción el nitrato de calcio es expulsado por un filtro y finalmente por neutralización con amoníaco se obtiene la pasta de NPK, cuyo valor de Ph se calibra de acuerdo a la compatibilidad
El factor más importante que se debe considerar en la aplicación de fósforo es el Ph del suelo. En suelos ácidos el fósforo se puede acomplejar con el Fe y el Al, mientras que en niveles alcalinos el P reacciona con el Ca y forma PO4Ca insoluble. Debido a su relativa inmovilidad en los suelos el fertilizante con fósforo debe enterrarse cerca de las raíces de los cultivos para que sea efectiva su asimilación.
Potasio
La participación del potasio en los fertilizantes complejos aumentó en forma paulatina en las últimas décadas, duplicándose su consumo entre 1960 y 1970. Las plantas absorben el potasio como ión y su función principal es elevar el nivel de enzimas, en todos los procesos vitales de la planta.
El potasio está disponible en los depósitos evaporíticos que aparecen en varios períodos de la escala geológica y se puede recuperar del agua de mar de ser necesario. La silvita (con un 25 % ClK) es la fuente dominante de K, con 62 % de K soluble en agua; menos importante son (K2SO4) y el (K2SO4.2MgSO4).
El ClK es la sal de potasio más empleada, pero en algunos cultivos especiales como el tabaco no es conveniente su uso por el contenido en cloro. El sulfato de potasio que se fabrica al tratar la silvita con ácido sulfúrico, tiene un 48 % de K2O soluble en agua y es de rápida acción, pero su precio es más elevado que otras sales de potasio; el nitrato de potasio es un abono binario con un 13% de N y 44 % de K2O asimilable. La forma de aplicación es similar a la del fósforo, en general se utilizan juntos durante las labores de fertilización.
Incorporación al NPK : La etapa posterior a la incorporación de fósforo en los compuestos NPK consisten en agregar potasio como cloruro o sulfato componentes que se mezclan en forma homogénea en la pasta, para luego disolverse mayormente en la misma. De acuerdo a la fórmula de reproducir se pueden agregar en esta etapa magnesio y micronutrientes. Posteriormente mediante granulación y secado se pasa esta pasta a una forma sólida. Al cribar los granos (según la forma y tamaño), se obtiene un espectro granulométrico correcto. Después de enfriamiento los gránulos reciben un tratamiento especial de superficie, para mejorar sus propiedades de almacenamiento, transporte y aplicación.