Uso de polisulfuro de calcio, polisulfuro de potasio, tiosulfato de calcio y tiosulfato de magnesio como inhibidores de la ureasa.

Uso de una cantidad inhibidora de la ureasa de un compuesto seleccionado entre el grupo consistente en polisulfuro de calcio,

polisulfuro de potasio, tiosulfato de calcio, tiosulfato de magnesio y sus mezclas para inhibir la actividad ureasa sobre un fertilizante que contiene urea aplicado al suelo o al follaje, donde el compuesto es aplicado al suelo o al follaje.

Uso de polisulfuro de calcio, polisulfuro de potasio, tiosulfato de calcio y tiosulfato de magnesio como inhibidores de la ureasa Campo de la invención La presente invención se dirige al perfeccionamiento de la eficacia de la urea y de los fertilizantes que contienen urea. En particular, la invención se dirige al uso de los inhibidores de la ureasa en combinación con fertilizantes que contienen urea para reducir significativamente las pérdidas potenciales de nitrógeno debido a la volatilización del amoníaco.

Descripción de la técnica relacionada La urea, un sólido blanco cristalino que contiene un 46% de nitrógeno, es ampliamente utilizada en la industria agrícola como fertilizante nitrogenado. Se estima que la producción mundial de urea ha superado los 83 millones de toneladas en 2002-2003 y que tiene un valor de $13, 3 miles de millones. Comercialmente, se puede comprar urea fertilizante como perlas o como un material granulado. La urea puede ser aplicada al suelo como sólido o como una solución acuosa. La solución acuosa de urea puede también ser aplicada a ciertos cultivos como una pulverización foliar. El alto contenido en nitrógeno de la urea (46%) ayuda a reducir los costes de manipulación, almacenamiento y transporte con respecto a otras formas secas de nitrógeno. La urea, cuando se aplica apropiadamente, da como resultado incrementos en el rendimiento de los cultivos iguales a los de otras formas de nitrógeno en el fertilizante.

La urea contiene el mayor contenido en N de los fertilizantes granulares, emplea el mínimo de energía y crea el mínimo de polución durante su fabricación, y es el fertilizante de N seco más barato. Tradicionalmente, no se recomendaba el uso de urea para superficies de suelos sin labrar. Sin embargo, la estabilidad de la urea está recibiendo una mayor atención debido a un mayor aumento en la producción de cultivos sin labranza o con una labranza mínima. En la producción de cultivos sin labranza o con labranza mínima, se depositan los materiales fertilizantes sobre la superficie del suelo, contrariamente a la colocación en el suelo para las operaciones de lecho de semillas convencionales. Además, la mejor estabilidad de la urea tiene importantes implicaciones de eficacia del nitrógeno para la industria de los céspedes, donde se ponen los productos fertilizantes sobre la superficie del suelo y del césped.

El nitrógeno de la urea puede perderse en la atmósfera si la urea del fertilizante permanece sobre la superficie del suelo durante períodos prolongados de tiempo durante el clima cálido. La degradación de la urea puede comenzar a producirse tan pronto como se aplica al suelo. Típicamente, la urea no se degrada si el suelo está totalmente seco. Sin embargo, en presencia de la enzima ureasa y de una pequeña cantidad de humedad en el suelo, la urea normalmente se hidroliza a amoníaco y dióxido de carbono. Esto puede ocurrir en 2 a 4 días, más rápidamente sobre suelo de pH elevado y a una temperatura más alta.

La ureasa, una metaloenzima dependiente del níquel, cataliza la hidrólisis de la urea a amoníaco y carbamato. El carbamato se hidroliza entonces espontáneamente para formar ácido carbónico y una segunda molécula de amoníaco. A pH fisiológico, el protón del ácido carbónico se disocia y las moléculas de amoníaco se equilibran con agua, con lo cual se protonan y se produce un aumento neto en el pH.

** (Ver fórmula) **

La velocidad de la hidrólisis catalizada es 1014 veces la velocidad de la reacción no catalizada. Las ureasas dependientes de níquel se encuentran en una amplia gama de organismos diferentes; muchas han sido aisladas de diversas bacterias, hongos y plantas superiores.

La metaloenzima ureasa cataliza la hidrólisis de la urea a amoníaco y carbamato. Los estudios cristalográficos de rayos X de la enzima revelan que el sitio activo está compuesto por el centro diníquel separado en 3, 5 A. Los dos iones níquel están unidos mediante un puente formado por un grupo carboxilato de un residuo de lisina carbamilado y una molécula de agua o un ion hidróxido. La geometría alrededor de un ion níquel [Ni (1) ] queda mejor descrita como piramidal cuadrada distorsionada con coordinación además de dos residuos de histidina de la proteína y una molécula de agua coordinada terminalmente; la posición está sólo parcialmente ocupada por una molécula de agua y se considera que es un probable candidato para unir urea en la catálisis. Una molécula de agua coordinada

terminalmente, un residuo de aspartato adicionalmente ligado y dos residuos de histidina completan las esferas de coordinación del segundo ion níquel [Ni (2) ], lo que da lugar a una geometría pseudooctaédrica para Ni (2) . Los centros de níquel están en el estado diamagnético estable Ni (II) ; por lo tanto, el papel del Ni en la ureasa puede ser esencialmente catalítico sin involucrar necesariamente a la química redox (Mack, E. y Villars, D. S., J. Am. Chem. Soc., 45, 505-510, 1923; Karplus, P.A., Pearson, M.A. y Hausinger, R.P., Acc. Chem. Res., 30, 330-337, 1997) .

Tras hidrólisis en condiciones básicas, la urea se convierte en carbonato de amonio [ (NH4) 2CO3]. El carbonato de amonio es inestable y se descompone en NH3, agua y CO2. Cuando la hidrólisis de la urea tiene lugar sobre la superficie del suelo, el, NH3 puede escaparse a la atmósfera. Dicho escape a la atmósfera se denomina volatilización del amoníaco. Este tipo de pérdida de fertilizante nitrogenado no se produce si se ponen la urea o los materiales que contienen urea por debajo de la superficie del suelo, como en las operaciones típicas de lecho de semillas. La colocación directa de la urea por debajo de la superficie del suelo es la forma más segura para evitar la pérdida de nitrógeno por volatilización del amoníaco. También se minimizan las pérdidas de nitrógeno si hay lluvia poco después de una aplicación a la superficie o si se aplica agua de irrigación por encima.

Cuando se le pone en el ambiente del suelo, el amoníaco sufre además la siguiente reacción:

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Muchos cultivos prefieren nitrato en lugar de amonio. Una vez formado el amonio, las pérdidas por volatilización no constituyen un factor y el nitrógeno puede ser utilizado para el crecimiento de los cultivos directamente o puede convertirse en nitrógeno de nitrato por los microorganismos del suelo. Esta conversión se produce rápidamente en presencia de bacterias y puede dar lugar a un exceso de nitrógeno de nitrato en el ambiente del suelo. Con objeto de prevenir esta rápida conversión, se han desarrollado inhibidores de la nitrificación para inhibir la actividad bacteriana. Por ejemplo, las bacterias Nitrosomas del suelo transforman el amoníaco en anión nitrito (NO2-) , el cual a su vez es oxidado para formar un anión nitrato (NO3-) por las bacterias Nitrobacter y Nitrosolobus, como se indica a continuación:

-

2NH4+ + 3O2 2NO3 + 8H+

La velocidad de nitrificación es más rápida en suelos con valores de pH de entre 7 y 8 y disminuye al disminuir los valores de pH.

Los inhibidores de la ureasa evitan o reducen la transformación del nitrógeno amida de la urea en amoníaco. Ralentizan la velocidad de hidrólisis de la urea y reducen la volatilización del amoníaco. Los inhibidores de la nitrificación retrasan la oxidación del amoníaco disminuyendo la actividad de las bacterias del suelo responsables de la nitrificación.

Se han promocionado numerosos productos como inhibidores de la nitrificación e inhibidores de la ureasa. Por ejemplo, la diciandiamida (DCD) y la 2-cloro-6- (triclorometil) piridina (nitrapirina) no son sino dos ejemplos de inhibidores de la nitrificación.

De forma similar, se han estudiado muchos compuestos, incluyendo compuestos orgánicos, materiales inorgánicos, iones metálicos, compuestos organofosforados y agentes químicos agrícolas, como inhibidores de la ureasa del suelo. (Bock, B. R. y D. E. Kissel, Ammonia Volatilization from Urea Fertilizers. Bulletin Y-206, National Fertilizer Development Center, TVA, Muscle Shoals, AL. 1988) . Por ejemplo, se describe la inhibición de la ureasa en fertilizantes basados en urea por compuestos de fósforo en EP 119.494, EP 0.119.495, EP 0.119.487, WO/02/083697, WO/97/022568, Patente Estadounidense Nº 5.883.297, Patente Estadounidense Nº 5.698.003, Patente Estadounidense Nº 4.824.783, Patente Estadounidense Nº 4.696.693, Patente Estadounidense Nº 4.676.822, Patente Estadounidense Nº 4.629.491, Patente Estadounidense Nº 4.624.695, Patente Estadounidense Nº 4.618.691, Patente Estadounidense Nº 4.540.428, Patente Estadounidense Nº 4.539.037, Patente Estadounidense Nº 4.537.614, Patente Estadounidense Nº 4.530.714, Patente Estadounidense... [Seguir leyendo]

1. Uso de una cantidad inhibidora de la ureasa de un compuesto seleccionado entre el grupo consistente en polisulfuro de calcio, polisulfuro de potasio, tiosulfato de calcio, tiosulfato de magnesio y sus mezclas para inhibir la actividad ureasa sobre un fertilizante que contiene urea aplicado al suelo o al follaje, donde el compuesto es aplicado al suelo o al follaje.

2. El uso de la reivindicación 1, donde la conversión catalizada por ureasa del fertilizante que contiene urea a amoníaco está inhibida. 10

3. El uso de la reivindicación 1, donde la pérdida de nitrógeno del fertilizante que contiene urea está inhibida.

4. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el fertilizante que contiene urea está en solución acuosa

con el compuesto inhibidor de la ureasa. 15

5. El uso de la reivindicación 4, donde la solución es aplicada al follaje.

6. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el fertilizante que contiene urea está en mezcla sólida

homogénea con el compuesto inhibidor de la ureasa. 20

7. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la cantidad de compuesto inhibidor de la ureasa es de entre aproximadamente 0, 45 kg (1 libra) y aproximadamente 4, 5 kg (10 libras) por 45 kg (100 libras) de urea.

8. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la cantidad de compuesto inhibidor de la ureasa es de 25 entre aproximadamente 1, 13 kg (2, 5 libras) y aproximadamente 4, 5 kg (10 libras) por 45 kg (100 libras) de urea.

9. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la cantidad de compuesto inhibidor de la ureasa es de entre aproximadamente 2, 25 kg (5 libras) y aproximadamente 4, 5 kg (10 libras) por 45 kg (100 libras) de urea.

10. Un método de reducción de la pérdida de nitrógeno a partir de un fertilizante que contiene urea aplicado al suelo o al follaje, consistente en aplicar al suelo o al follaje un compuesto seleccionado entre el grupo consistente en polisulfuro de calcio, polisulfuro de potasio, tiosulfato de calcio, tiosulfato de magnesio y sus mezclas, donde la cantidad del compuesto es de entre 0, 45 kg (1 libra) y 4, 5 kg (10 libras) por 45 kg (100 libras) de urea.

11. El método de la reivindicación 10, donde el fertilizante que contiene urea está en solución acuosa con el compuesto inhibidor de la ureasa.

12. El método de la reivindicación 11, donde la solución acuosa es aplicada al follaje.

13. El método de la reivindicación 10, donde el fertilizante que contiene urea está en una mezcla sólida homogénea con el compuesto inhibidor de la ureasa.

14. El método de la reivindicación 10, donde la cantidad del compuesto es de entre 1, 13 kg (2, 5 libras) y 4, 5 kg (10

libras) por 45 kg (100 libras) de urea. 45

15. El método de la reivindicación 10, donde la cantidad del compuesto es de entre 2, 25 kg (5 libras) y 4, 5 kg (10 libras) por 45 kg (100 libras) de urea.