Brazil’s large land base is important for global food security but its high dependency on inorganic phosphorus (P) fertilizer for crop production (2.2 Tg rising up to 4.6 Tg in 2050) is not a sustainable use of a critical and price-volatile resource. A new strategic analysis of current and future P demand/supply concluded that the nation’s secondary P resources which are produced annually (e.g. livestock manures, sugarcane processing residues) could potentially provide up to 20% of crop P demand by 2050 with further investment in P recovery technologies. However, the much larger legacy stores of secondary P in the soil (30 Tg in 2016 worth over $40 billion and rising to 105 Tg by 2050) could provide a more important buffer against future P scarcity or sudden P price fluctuations, and enable a transition to more sustainable P input strategies that could reduce current annual P surpluses by 65%. In the longer-term, farming systems in Brazil should be redesigned to operate profitably but more sustainably under lower soil P fertility thresholds.

Repeated applications of phosphorus (P) fertilizers result in the buildup of P in soil (commonly known as legacy P), a large fraction of which is not immediately available for plant use. Long-term applications and accumulations of soil P is an inefficient use of dwindling P supplies and can result in nutrient runoff, often leading to eutrophication of water bodies. Although soil legacy P is problematic in some regards, it conversely may serve as a source of P for crop use and could potentially decrease dependence on external P fertilizer inputs. This paper reviews the (1) current knowledge on the occurrence and bioaccessibility of different chemical forms of P in soil, (2) legacy P transformations with mineral and organic fertilizer applications in relation to their potential bioaccessibility, and (3) approaches and associated challenges for accessing native soil P that could be used to harness soil legacy P for crop production. We highlight how the occurrence and potential bioaccessibility of different forms of soil inorganic and organic P vary depending on soil properties, such as soil pH and organic matter content. We also found that accumulation of inorganic legacy P forms changes more than organic P species with fertilizer applications and cessations. We also discuss progress and challenges with current approaches for accessing native soil P that could be used for accessing legacy P, including natural and genetically modified plant-based strategies, the use of P-solubilizing microorganisms, and immobilized organic P-hydrolyzing enzymes. It is foreseeable that accessing legacy P will require multidisciplinary approaches to address these limitations.

A compreensão dos fenômenos básicos da dinâmica do fósforo no solo é importante para a tomada de decisão sobre a necessidade de adição e para a definição das doses e dos modos de aplicação de fertilizantes fosfatados. As formas e o grau de labilidade do fósforo variam com as características e propriedades do solo. Em solos jovens, os fosfatos de cálcio são os principais fornecedores de fósforo aos organismos vivos. Por outro lado, em solos altamente intemperizados, a biociclagem dos fosfatos orgânicos assume grande importância na manutenção da biodisponibilidade, embora não seja suficiente para a obtenção da máxima produtividade econômica das culturas comerciais. Nos solos tropicais e subtropicais cultivados, o controle dos teores de fósforo em solução é feito predominantemente pelo fosfato adsorvido aos grupos funcionais dos colóides inorgânicos. O diagnóstico da disponibilidade de fósforo é feito pela análise de solos por diferentes metodologias, cada uma com suas vantagens e limitações. A tomada de decisão em adicionar ou não fosfatos ao solo e a definição da dose a ser aplicada dependem muito mais da calibração, baseada na relação entre os teores de fósforo extraídos e a produtividade das plantas, do que do método de extração. A elevação dos níveis de disponibilidade de fósforo até a faixa ótima pode ser feita de forma corretiva ou gradativa. A adubação corretiva com incorporação em todo o volume de solo é mais eficiente e, talvez, a única alternativa para a correção da carência de fósforo do solo das camadas subsuperficias. A aplicação superficial de fertilizantes fosfatados no sistema plantio direto parece não ser uma boa alternativa econômica e pode se tornar um problema ambiental. Desse modo, devem-se intensificar as pesquisas enfocando, entre outras: (a) as frações de fósforo no solo e a produtividade das culturas; (b) as formas de aplicação dos fertilizantes fosfatados no solo sob sistema plantio direto; (c) as relações entre a disponibilidade de fósforo nas camadas subsuperficiais (abaixo de 10cm), a presença de alumínio trocável e de camadas compactadas e (d) o monitoramento constante das transferências de fósforo dos solos aos sistemas aquáticos.

A adição de fertilizantes ao solo provoca aumento dos teores de diversas formas de P com diferentes energias de ligação com os colóides. Isso tem sido observado na camada superficial de solos cultivados sob sistema plantio direto, porém há poucas informações sobre a disponibilidade de P dessas formas para as plantas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a biodisponibilidade das formas de P acumuladas em um solo cultivado sob sistema plantio direto com diferentes quantidades de P adicionado. Foram coletadas amostras da camada de 0-0,10 m de um Latossolo Vermelho distroférrico típico que recebeu 0, 180, 360, 540 e 720 kg ha-1 de P2O5 em seis anos de cultivo. As amostras foram secas, moídas, acondicionadas em vasos com capacidade de 2 kg e submetidas a 15 cultivos sucessivos em casa de vegetação, sem reposição do P absorvido pelas plantas. Antes dos cultivos e após cada três cultivos sucessivos, foram coletadas amostras de solo para análise. Foram realizadas análises de fracionamento das formas de P pelo método de Hedley. Os resultados mostraram que o P inorgânico extraído por NaHCO3 0,5 mol L-1 apresenta capacidade e velocidade de tamponamento semelhantes às do P disponível por resina trocadora de ânions, podendo ser considerado também como P lábil. Em longo prazo, todas as formas de P do solo atuam na sustentação do P absorvido pelas plantas; em solos com acúmulo de P pela adubação, as formas inorgânicas e orgânicas de P atuam de forma semelhante no tamponamento do P absorvido pelas plantas. Em solos com baixa ou nenhuma adição de fertilizantes fosfatados, as formas orgânicas de P são as principais mantenedoras do P absorvido pelas plantas.

Volatilização de NH3 é a principal reação que diminui a eficiência de utilização pelas plantas do N proveniente da ureia, quando ela é aplicada sobre a superfície do solo. A fim de minimizar essa perda, produtos têm sido misturados à ureia para inibir temporariamente a ação da urease. Este trabalho objetivou avaliar alternativas de aplicação de um fertilizante com inibidor de urease, visando a diminuir a volatilização de NH3 relativamente à ureia convencional, em algumas condições ambientais e de solo. Foram desenvolvidos quatro experimentos, todos em condições de laboratório, em 2007 e 2008, em Cambissolo Húmico. Os tratamentos variaram em cada estudo e incluíram combinações de níveis de pH do solo (natural; 5,5; 6,3; e 6,8), umidade do solo (5, 10 ou 20 % de água) e temperaturas ambientais (18 e 35 ºC), além de estados físicos (sólido ou líquido) e de métodos de aplicação dos fertilizantes (na superfície ou incorporado ao solo). As unidades experimentais foram constituídas por bandejas plásticas (23 x 51 x 17 cm) com 12 kg de solo, numa espessura de 15 cm, sobre as quais foram instaladas câmaras coletoras de NH3. A amônia volatilizada foi determinada em várias épocas, nos primeiros 28 dias após a aplicação dos fertilizantes. O pico de volatilização diária de NH3 ocorreu sempre na primeira semana depois da adição dos fertilizantes ao solo, e aconteceu dois a três dias mais tarde para a ureia com inibidor de urease, em relação à ureia convencional. A volatilização de NH3 nem sempre foi maior para a ureia convencional em comparação ao fertilizante contendo inibidor de urease, tampouco para o estado líquido em relação ao granulado. A volatilização de NH3 aumentou com a elevação do pH, da temperatura e da dose aplicada de N e foi menor nos extremos de umidade (solo com 5 % ou com 20 % de água). Para os fertilizantes aplicados sobre a superfície do solo, a taxa máxima de perda diária foi correspondente a 14 kg ha-1 de N, e a perda total acumulada variou de 2 a 50 % do N aplicado, dependendo principalmente do estado físico em que o fertilizante foi aplicado, da umidade do solo e da temperatura ambiente. A incorporação dos fertilizantes amídicos ao solo foi a maneira mais eficaz de minimizar as perdas de N por volatilização.