Brevet FR2011088A1 — publié le 19700227

-1- 2011088 La présente invention se rapporte à un procédé amélioré pour retarder la perte de l'azote provenant du sol qui résulte de la formation d'azote gazeux à partir de l'azote minéral» Dans les terrains agricoles, l'azote minéral (c'est-à-dire 5 le nitrate NO^ et le nitrate NOg) se volatilise d'abord e. l'état d'azote gazeux tel que Ng, NO, NgQ, NO, qui mis en liberté en présence de 0g, est supposé former du NOg qui normalement s'équilibre avec son dimère NgO^ en milieu aérobie. Les quantités relatives particulières de chaque produit azoté gazeux dépendent'princi-10 paiement de l'aération et de l'acidité du sol. La formation de produits azotés gazeux qui s'échappent dans l'atmosphère représente une perte importante de l'azote du sol, laquelle associée à d'autres pertes, par exemple la réduction microbienne de l'azote minéral en azote gazeux ou en oxydes d'azote gazeux par dénitrifi-15 cation chimique, représente une véritable perte économique. On sait bien que la volatilisation de l'azote du sol diminue considérablement la longévité des engrais industriels enriohis à l'azote, et la capacité des sols de faire pousser des récoltes. Une évaluation prudente certifie que la perte est approximativement 20 de 300.000 tonnes d'azote aux Etats-Unis d'Amérique uniquement, pendant l'année 1957, et le déficit azoté total aux Etats-Unis -d'Amérique pendant la même année a été estimé à 6 millions de tonnes (W.E. Bollen, Micro-organisms and Soil Fertility, Oorvallis Oreg., Coll Press, 1959). 25 Le but principal de la présente invention est par conséquent de fournir un additif au sol en combinaison avec l'additif fertilisant qui inhibe la volatilisation de l'azote du sol lorsque la composition est dispersée dans le sol. Ces buts ainsi que d'autres et les caractéristiques de la 30 présente invention seront davantage mis en évidence par la description suivante et les revendications ci-après. Les études préliminaires supposent que la volatilisation de l'azote minéral provenant de préparations chimiques est la- conséquence d'une interaction chimique entre les métaux de transition, 35 par exemple Fe, Ou et Mn, et l'azote du sol, en particulier sous forme de nitrite (N0Ô). Les métaux de transition à l'état réduit |-_j_ ^ ^ -|i. tels que Pe , Ou , Mn , sont des facteurs dans la formation non-enzymatique de l'oxyde nitrique à partir du nitrate. Une équation générale de la réaction peut s'écrire de la manière suivan-40,te.t 69 20033 -2- 2011088 M++ + NO~ + 2H+ = M+++ + NO + HgO (1) où M est le métal de transition. Le procédé de la présente invention a révélé que l'importance de la volatilisation de l'azote minéral peut être réduite con-5 sidérablement en ajoutant principalement Ca, I et Mg à des sols amendés par de l'azote minéral. Les exemples suivants mettent en évidence la présente invention. EXEMPLE 1 On a recueilli six sols de '"ïïtah", importants au point de 10 vue agricole, provenant de lieux séparés géographiquement et de compositions différentes. Les sols sont désignés ci-après par Harkers, Bingham, Wasatch, Preston, Dry Creek et Knutseni' On tamise chaque échantillon pour obtenir la dimension particulaire désirée et on le normalise en ce qui concerne la teneur en humidité et 15 l'acidité du sol. On place des portions de sol pesant 100 g chacune dans des récipients de réaction séparés. On ajoute une quantité d'azote minéral (ENOg) à chaque portion, égale à environ 100 parties par million (ppm) d'azote. On fournit aux portions l'une des matières suivantes : CaCO^ =0,5 $ de Ca j MgOO^ = 0,5 # de Mg ; 20 Kg C03 =0,5 ^ de E, On effectue des déterminations en double relativement à l'azote du sol à des intervalles de 3 jours; Le processus expérimental total est effectué dans des conditions de stérilité et d'aération satisfaisantes. La stérilisation est nécessaire pour empêcher l'activité microbiologique qui dans certaines oondi-25 tions, peut être responsable de la perte gazeuse de l'azote du sol. Les données exposées au Tableau I sont des valeurs moyennes des dé- . terminations en double. 20033 -3- 2011088 TABLEAU I Déficits azotés ($) des sols "Utah" choisis amendés par et le calcium (Ca), du potassium (K) et le magnésium (Mg) Azote Azote Azote Azote 5 Sol seulement + Oa + K + Mg * Déficit de N fa déficit de îT déficit de déficit de N JÉ N £ Harkers 85 1 17 12 Bingham 77 8 21 16 Wasatch 43 39 23 31 Preston 25 5 13 7 Dry Creek 12 5 13 13 Khutsen 7 5 23 • 9 L'ordre de grandeur des déficits d'azote parmi les six types 15 de sols amendés par l'azote seulement est de 7 pour Khutsen et de 85 $ pour Harkers. Quatre des sols ont des déficits de 25 ou supérieurs en l'absence de calcium, de potassium ou de magnésium. Dans l^jlupart des oas, le traitement avec du calcium, du potassium ou du magnésium fait diminuer le déficit se produisant si l'on ajoute 20 seulement de l'azote. Le traitement au calcium est exceptionnellement efficace pour réduire le déficit des sols de Harkers, Bingham, Preston et Dry Oreek. Par exemple, le déficit du sol de Harkers est réduit de presque • 100 # ; le déficit de Bingham est réduit de presque 90 ; le déficit de Preston de 80 i<> et le déficit de Dry 25 Creek de 58 # environ. La diminution dans les sols de Wasatch et Khutsen est relativement faible mais réelle du,point de vue statistique . Les traitements au potassium et au magnésium sont généralement efficaces pour réduire les déficits, bien qu'en général ils ne 30 soient pas aussi efficaces que le traitement au calcium. L'exception à cette tendanoe générale est le sol de Wasatch. En présence de potassium ou de magnésium, les sols de Dry Creek et de Khutsen ont des déficits plus importants que si l'on n'ajoute aucun de ces métaux. On pense que l'augmentation de déficit est due à l'influence 35 du potassium et du magnésium qui remplace divers cations, tels que des métaux de transition, adsorbés ou maintenus par le réseau de certains sols. Par suite de la réaction de remplacement, un métal de transition déplacé peut réagir avec l'azote du sol et provoquer une augmentation du déficit. La réaction du métal de transition 40 avec l'azote minéral est exposée ci-dessus par l'équation (1). * bad original 20033 -4- 2011088 EXEMPLE 2 On "tamise des échantillons de sol, on les stérilise et on les normalise en ce qui concerne la teneur en humidité et le pH comme dans l'exemple 1. On ajoute une quantité relative de nitrite de 5 potassium de 100 ppm et on amende des portions des échantillons de sol préparés avec CaCO^ =0,1 fo de 0a. La comparaison du déficit azoté existant après 3 jours avec les déficits existant avec 0,5 f° de Ca et de l'azote seulement est exposée au tableau IIi1 TABLEAU II 10 Comparaison de 0,1 de Ca et 0,5 de Ca sous fomie de OaCO^ relativement aux déficits azotés Azote Sol seulement +0.5 jo de Ca 4- 0.1 ^ de 0a Harkers 85,0 $ de 1,0 % de 20,0 % de 15 déficit de N déficit de N déficit de H Bingham 77 8 10 Wasatch 43 39 18 Preston 25 5 9 Dry Creek 12 5 18 20 Knutsen 7 5 8 Dans les sols de Harkers, Bingham, Wasatch et Preston, les additions de 0,1 $ de Ca et de 0,5 $ de Ca réduisent considérablement le déficit azoté. De plus, dans les tjrpes de sols de Harkers, Bingham et Dry Creek, les déficits azotés dans la série amendée 25 par 0,5 i° de Ca sont considérablement diminués par rapport à la série amendée par 0,1 fe de Ca. De même, on a observé que le déficit dans le sol de Dry Creek amendé par 0,1 fi de Ca augmente par rapport aux échantillons d'azote seulement. Bien que la raison de l'accroissement ne soit pas positivement connue on admet actuelle-30 ment que 1'explication exposée dans l'exemple 1 peut également s'appliquer ici. L'augmentation légère du déficit mise en évidence par le sol de Knutsen n'est pas considérée comme importante. Excepté pour les sols de Harkers et Dry Creek, il semble que le taux de 0,1 fi des additions de calcium est plus efficace que 35 le taux de 0,5 fi» EXEMPLE 3 On prépare des mélanges réactionnels en mélangeant 10 g d'argile avec 90 g-de sable de quartz lavé et porté à l'incandescence. On ajoute de l'azote minéral équivalent à 50 ppm d'azote et on pré-40 pare des échantillons séparés ne renfermant que de l'azote ; BAD ORIGINAL 69 20033 -5- 2011088 CaS04 = 0,5 1° de Ca } CaS04 = 2 fo de Ca ; et CaC05 = 0,5 f» de Ca. La récupération de l'azote gazeux sous forme de UO est effectuée A sur des portions en double de chaque type d'échantillon pour mesurer l'inhibition relative de la volatilisation de l'azote. Les 5 résultats sont exposés au Tableau III. TABLEAU III Pourcentage d'azote minéral ajouté (EUOg) récupéré sous forme de gaz (NO^.) Argile Argile + sable + Argile + sable + Argile + sable + 10 + sable 0,5 f« de Ca (sous 2,0 tf> de Ca (sous 0,5 f» de Ca (sous forme de CaSO^) forme de OaSO^) forme de CaCO^) 30 f> 10,0 fo 4,0 fo Moins de 1 f> 15 En l'absence de calcium, on récupère 30 fo de l'azote ajouté, sous forme de gaz NO^. En présence de 0,5 de calcium sous forme de CaSO^ et de 2 fo de calcium sous forme de CaSO^, on ne récupère que 10 fo et 4 f> respectivement d'azote ajouté sous forme de gaz. Avec l'addition de 5 f° de Ca sous forme de CaCO^, on récupère moins 20 de 1 fo de l'azote ajouté. EXEMPLE 4 On divise des échantillons de sols pris au hasard en portions et on les mélange avec KNOg en quantités équivalentes à 200 ppm d'azote. A l'une des portions, on ne fournit pas de Ca et aux autres 25 on fournit des additions de calcium, CaCO^ s= 1 % de calcium j et CaSO^ » 1 fo de calcium. On mesure la quantité d'azote gazeux récu-• pérée sous forme de ÏÏO^ et ïsT^ en pourcentage de la quantité théoriquement récupérable. Le Tableau IV ci-dessous met en évidenoe l'effet d'inhibition relatif des deux composés du calcium# 30 TABLEAU IV Pourcentage d'azote minéral ajouté (ENOg), volatilisé en gaz (KO^. + Ng) Sols Sol + N0~ Sol + NOg + Sol + NOg + CaC03 (1 fo de Oa) CaSO^ (1 % de Ca) 35 k ' 90 55 84 B 94 36 80 BAB ORIGINAL 69 20033 -s- 201 1088 Comme le met en évidence le Tableau IV, les deux sols A et B perdent la plupart de l'azote ajouté sous forme de gaz (NO^ + Ng) en l*absence de calcium. Avec 1 fo de calcium sous forme de GaCO^, le sol A perd 55 f° d'azote d'addition et le sol B 36 fo£ Cela re-5 présente raie réduction importante de la perte en azote# La perte en azote diminue également en utilisant 1 ^ de Ca sous forme de CaSO^, cependant l'Importance a beaucoup diminué par rapport à CaC0^« Beaucoup de préparation d'engrais industriels renferment des 10 quantités importantes de fer et d'autres métaux de transition sous forme réduite ou soluble. Pour confirmer l'importance de l'effet du fer sur le déficit de l'azote du sol, on a effectué une addition uniforme de dans deux échantillons séparés de chacun des six sols typiques. ÎJn des échantillons de chaque sol est amendé par 15 0,05 fo de Fe sous forme de FeSO^ et l'analyse de 18azote de l'échantillon est effectuée trois jours après l'addition. Le Tableau V met en évidence l'effet de FeSO^ sur les échantillons « TABLEAU V Les effets de la concentration en FeSO^ = 0,05 f> 20 de Fe sur les déficits en azote Sol Azote seulement Azote + FeSO, Harkers 85,0 f> déficit de ET 86 fo défioit de N Bingham 77 84 25 Wasatch 43 37 Preston 25 100 Dry Creek 12 40 Knutsen 7 48 Dans quatre des sols il est à remarquer que les échantillons 30 comportant une addition de fer augmentent beaucoup le défioit en azote par rapport aux échantillons sans fer. Le déficit de Knutsen s'est multiplié par un facteur d'environ 7, Preston, par un facteur de 4, Dry Creek par un facteur d'environ 3, et Wasatch par un facteur d'environ 2» Les déficits en azote des sols de Harkers et 35 Bingham ne sont que légèrement augmentés. Du fait que le fer et d'autres métaux de transition sont fréquemment renfermés rlanp les engrais industriels, 18influence des composés de métaux alcalino-terreux sur les sols contenant des métaux de transition est importante. BÂD ORIGINAL 20033 -7- 2011088 10 EXEMPLE 5 On a amendé des échantillons de chaque type de sols par une quantité de égale à 100 ppm de N et on a ajouté une quantité de FeSO^ égale à 0,05 f° de Fe. Ensuite, on a divisé les échaJitil-5 Ions en deux groupes, et on a amendé un groupe avec CaCO^ jusqu'à ce que la concentration en Oa atteigne environ 1 fa, Les analyses d'azote ont été effectuées en trois jours. Les résultats sont exposés au Tableau VI ci-dessous TABLEAU VI L'effet de 0,1 f> de Ca sous forme de CaCO, sur l'azote avec addition de 3 .* 15 20 Sol / — Défioit avec addi 4 Déficit avec addi tion de FeSO^ tion de FeSÔ^ + CaCO, 5 Harkers 86 fo 57 f> Bingham 84 26 Wasatch 97 37 Preston 100 26 Dry Creek 40 27 Khutsen 48 25 Différence entre les déficits * Toutes les valeurs sont des valeurs moyennes de déterminations en triple 25 On voit aisément d'après le Tableau VI que l'addition de CaCO^ diminue considérablement les déficits par rapport à ceux observés lorsqu'on ajoute seulement du fer. Par exemple le sol de Preston a un défioit d'azote de 100 fo avec addition de fer, mais ce déficit s'est abaissé à 26 % (74 f> de différence) en ajoutant 30 CaOO^ avec le fer» Les diminutions les plus faibles sont observées avec le sol de Dry Creek qui a diminué d'un déficit de 40 fo à un défioit de 27 f» (13 f de différence). La diminution moyenne pour les six sols est d'environ 43 f°. EXEMPLE 6 35 On a ajouté à des échantillons des sols respectifs une quan~ tité d'azote s ' élevant à 100 ppm sous forme de KNOg • On divise les échantillons en deux groupes et on ajoute à un groupe un mélange de CaCO^, MgCO^ et de KCO^ de manière qu'il y ait un rapport de 1 î 1 s 1 de CaxMgsK, respectivement. La quantité de mélange ajouté 40 est d'environ 0,1 fom L'analyse des échantillons après trois jours fournit les données exposées au Tableau VII„ BAD ORIGINAL 69 20033 -8- 2011088 TABLEAU VII L'effet âe l1 addition de 0,1 d'un mélange de Oa, Mg, K sur les déficits azotés Sol 5 Harkers Bingham Wasatch Preston 10 Dry Oreek Khutsen Azote seulement déficit de N de 85 fi 80 43 27 15 q Azote + mélange déficit de N de 75 fi 25 44 21 22 10 Le mélange fait diminuer les déficits des sols de Harkers, de Bingham, et de Preston de 11 fi, 55 % et 6 % respectivement« Dans les sols restants mis à l'essai, les déficits ont apparem-15 ment augmenté légèrement. Bien que le mélange soit efficace pour certains sols, il peut ne pouvoir s'appliquer à tous les sols. EXEMPLE 7 On amende les échantillons de chacun des sols de Harkers, Bingham, Wasatoh, Preston, Dry Oreek et Khutsen, par 100 ppm 20 d'aaote/g de sol sous forme de KSTOg. Un échantillon du sol de Harkers n'est mélangé avec aucun autre composé. Les échantillons restants du sol de Harkers sont amendés avec respectivement 0,5 $ d'un des composés suivants ; CaOOy KgOO^, MgC0„, 0aS0^ et MgSO^. Chacun des types de sol restant est traité d'une manière similaire 25 Après un laps de temps de sept .jours, on analyse les échantillons de sol pour déterminer la variation quantitative de l'azote du sol Le Tableau VIII met en évidence les résultats comparatifs. TABLEAU VIII Effet de divers traitements chimiques sur le sol en fo de 30 déficit azoté* Sol Azote seulement Azote + CaCO, Azote' + KjCO^ Azote + MgOO, Aaote + OaSO A Azote + MgSO,, Harkers 85,3 fi 0 15,3 fi 8,3 f" 75 % 79,3 fi 35 Bingham 73,3 4,6 24,6 20,6 86,6 84,3 Wasatch 43 36 34,6 32,3 40,3 33,3 Preston 25,3 6,6 33,6 9,3 32,3 36 Dry Oreek 12 8,6 27,3. 40 31 20,6 40 Khutsen I 11.6 12...3 ,15t? . , _12x6_ 19t3 en triple. teterai imation 69 20033 -9- 2011088 De ce qui préoède il ressort que l'addition de composés de métaux alcalins et alcalino-terreux choisis à un sol amendé par de l'azote retarde considérablement la volatilisation de l'azote provenant du sol* Le même effet bénéfique est observé même si des 5 métaux de transition, tels que le fer existent dans le sol# Actuellement, il est préférable que les composés de métaux alcalins et alcalino-terreux soient pré-mélangés au prorata avec un engrais enriohi à l'azote, qui peut renfermer de la sphaigne, des herbicides, des insecticides et d'autres matières/ffaitement 10 du sol. Le pré-mélange permet une répartition en pourcentage plus précise des composés additifs mentionnés dans le sol, et du fait que différents types de sol peuvent avoir des pourcentages différents, la quantité unitaire désirée d'additif pour un sol donné en 15 mélange avec l'engrais permet une répartition simultanée de quantités appropriées sur des surfaces du sol. Les composés de métaux alcalins et les composés de métaux alcalino-terreux doivent représenter environ 60 # en poids au minimum de la composition d'un engrais dont l'application annuelle est uni-20 que, un pourcentage de 75 $ environ étant la proportion optimale de l'inhibiteur dans la composition. Oes inhibiteurs se rangent parmi les composés de métaux alcalins et les composés de métaux al-calino-terreux comprenant principalement des composés du calcium, du potassium et du magnésium, tels que le carbonate de calcium, le 25 carbçnate de potassium, le carbonate de magnésium, le sulfate de calcium, et le sulfate de magnésium. Les composés ci-dessus empêchent ou inhibent la formation et la volatilisation d'azote gazeux provenant de 1*azote minéral dans le sol. BAD ORIGum/ .- 69 20033 -10- 2011088 B.BTBnaatiioK3 1. Procédé pour retarder la transformation de l'azote minéral dans le sol en produits azotés gazeux qui sont mis en liberté dans l'atmosphère, oonsistant à ajouter dans le sol des composés oonte- 5 nant des éléments tels le calcium, le potassium et le magnésium. 2. Procédé pour réduire la perte de l'azote provenant du sol, consistant à introduire dans le sol des composés tels que le carbonate de calcium, le carbonate de potassium et le carbonate de magnésium pour empêcher la formation de produits azotés gazeux pro- 10 venant de l'azote minéral, même en présence de métaux de transition. 3. Procédé pour réduire la perte de l'azote provenant du sol, consistant à introduire dans le sol des composés tels que le sulfate de calcium et de sulfate de magnésium pour empêcher la formation 15 de produits gazeux provenant de l'azote minéral, même en présence de métaux de transition. 4. Procédé pour inhiber la volatilisation dans l'atmosphère de l'azote minéral provenant du sol, consistant à amender le sol avec au moins un' oomposé renfermant un métal alcalin ou un métal 20 alcalino-terreux en quantité telle que la formation de composés azotés gaseux soit retardée. 5. Procédé pour retarder la formation de l'azote gazeux provenant de l'azote minéral dans le sol, consistant à introduire dans le sol au moins deux composés tels que le carbonate de caloium, 25 le carbonate de potassium, le carbonate de magnésium, le sulfate de calcium et le sulfate de magnésium. 6. Composition de matière destinée à être ajoutée dans le sol, comprenant un engrais pour le sol enrichi à l'azote mélangé avec au moins un composé contenant un métal alcalin ou un métal alcalino- 30 terreux. 7. Composition selon la revendication 6 dans laquelle chaque oomposé de métal alcalino-terreux est tel que le carbonate de calcium, le carbonate de magnésium, le sulfate de calcium et le sulfate de magnésium. 35 8. Engrais d'application annuelle et unique pour le sol, com prenant de l'azote minéral et un inhibiteur, ledit inhibiteur empêchant pratiquement la formation d'azote gazeux provenant de l'azote minéral.ajouté au sol. BAD ORIGINAL 69 20033 -11- 2011088 9. Engrais selon la revendication 8, dans lequel l'inhibiteur se compose d'au moins un composé renfermant un métal alcalin ou un métal alcalino-terreux en quantité telle qu'il se produit un retard dans la formation des composés azotés gazeux, 5 10. Engrais selon la revendication 8, pour empêcher la for mation de produits azotés gazeux provenant de l'azote minéral, même en présence de métaux de transition, dans lequel 1*inhibiteur comprend des composés tels que le sulfate de calcium et le sulfate de magnésium. 10 11. Engrais selon la revendication 8, dans lequel l'inhibi teur comprend un oomposé tel que le carbonate de calcium* le carbonate de potassium et le carbonate de magnésium. 12. Engrais selon la revendication 8, dans lequel l'inhibiteur comprend au moins deux composés tels que le carbonate de cal- 15 cium, le carbonate de potassium, le carbonate de magnésium, le sulfate de calcium et le sulfate de magnésium. 13. Composition d'engrais dont l'application est annuelle et unique, comprenant de l'azote et un inhibiteur comprenant des composés de métâux alcalins et de métaux alcalino-terreux» dans 20 laquelle l'inhibiteur inhibe pratiquement la formation de l'azote gazeux provenant de l'azote minéral ajouté au sol» et dans laquelle les composés de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux représentent au moins 60 % en poids de la compositions BÂD ORIGINAL