Urea coated with oxidized charcoal reduces ammonia volatilization

Abstract

Urea is the most consumed nitrogen fertilizer in the world. However, its agronomic and economic efficiency is reduced by the volatilization of NH3, which can reach 78 % of the applied nitrogen. The coating of urea granules with acidic compounds obtained by charcoal oxidation has the potential to reduce the volatilization, due to the acidic character, the high buffering capacity and CEC. This work aimed to evaluate the effect of HNO3-oxidized carbon on the control of NH3 volatilization. These compounds were obtained by oxidation of Eucalyptus grandis charcoal, produced at charring temperatures of 350 and 450 ºC, with 4.5 mol L-1 HNO3. The charcoal was oxidized by solubilization in acidic or alkaline medium, similar to the procedure of soil organic matter fractionation (CHox350 and CHox450). CHox was characterized by C, H, O, N contents and their respective atomic relations, by the ratio E4 (absorbance 465 nm) by E6 (absorbance 665 nm), and by active acidity and total acidity (CEC). The inhibitory effect of CHox on the urease activity of Canavalia ensiformis was assessed in vitro. The NH3 volatilization from urea was evaluated with and without coating of oxidized charcoal (U-CHox350 or U-CHox450) in a closed system with continuous air flow. The pH of both CHox was near 2.0, but the total acidity of CHox350 was higher, 72 % of which was attributed to carboxylic groups. The variation in the ionization constants of CHox350 was also greater. The low E4/E6 ratios characterize the high stability of the compounds in CHox. CHox did not inhibit the urease activity in vitro, although the maximum volatilization peak from U-CHox450 and U-CHox350 occurred 24 h after that observed for uncoated urea. The lowest volatilization rate was observed for U-CHox350 as well as a 43 % lower total amount of NH3 volatilized than from uncoated urea.

A ureia é o fertilizante nitrogenado mais consumido no mundo, porém a sua eficiência agronômica e econômica é comprometida pela volatilização de NH3, que pode chegar a 78 % do N aplicado. O revestimento da ureia com compostos obtidos pela oxidação ácida do carvão vegetal tem potencial para reduzir a volatilização, em razão do caráter ácido, do elevado poder-tampão de acidez e da elevada CTC. Este trabalho objetivou avaliar o efeito do carvão de eucalipto oxidado com HNO3 no controle da volatilização de NH3 a partir da ureia. Esses compostos foram obtidos a partir da oxidação de carvão de Eucalyptus grandis produzidos nas temperaturas de carbonização de 350 e 450 ºC com HNO3 4,5 mol L-1. Os carvões oxidados (CHox350 e CHox450) foram obtidos por meio da solubilização em meio ácido ou alcalino, semelhante ao procedimento de fracionamento da matéria orgânica do solo. Os CHox foram caracterizados por meio dos teores de C, H, O, N e respectivas relações atômicas, da relação E4 (absorvância 465 nm) / E6 (absorvância 665 nm), da acidez ativa e acidez total (CTC). Avaliou-se o potencial inibidor dos CHox na atividade in vitro da urease de Canavalia ensiformis. Em um sistema fechado com fluxo contínuo de ar, avaliou-se a volatilização de NH3 a partir da ureia perolada sem e com o revestimento de carvão oxidado (U-CHox350 ou U-CHox450). Ambos os CHox mostraram pH próximo de 2,0, mas o CHox350 apresentou maior acidez total, sendo 72 % desta atribuída a grupos funcionais carboxílicos. O CHox350 também apresentou maior variação nas constantes de ionização. Os baixos valores das relações E4/E6 caracterizam a elevada estabilidade dos compostos nos CHox. Os CHox não inibiram a atividade da urease in vitro, no entanto o pico de máxima volatilização a partir da U-CHox350 e U-CHox450 ocorreu 24 h depois daquele verificado para a ureia sem revestimento. A U-CHox350 apresentou menor taxa de volatilização e redução de 43 % na quantidade total de NH3 volatilizada, em relação à ureia sem revestimento.