Nitrogen Fertilizer Additives—Which ones work?

R. Jay Goos

Professor

Department of Soil Science

North Dakota State University

• Urease inhibitors– Slow conversion of urea to ammonia

– Can reduce ammonia volatilization from surface applications of urea‐containing fertilizers

• Nitrification inhibitors– Slow conversion of ammonium to nitrate

– Can reduce N losses due to leaching or denitrification

• My objective– To summarize my own studies over the past ~30 years with regards to nitrogen fertilizer additives

ATS as a urease inhibitor with UAN

• ATS was shown to inhibit urease, especially with large droplets of UAN

• 5% ATS added to UAN, Goos and Fairlie, 1988

• 5% ATS added to UAN, Goos and Fairlie, 1988

• 5% ATS added to UAN, Goos and Fairlie, 1988

• 5% ATS added to UAN, Goos and Fairlie, 1988

ATS as a urease inhibitor

• Not a general‐purpose urease inhibitor

• Works better with drier soils

• Works better with larger droplet sizes

• Works better with bare soil surfaces

2008 studies, Nutrisphere‐N

• Does Nutrisphere‐N inhibit urease?

• Does Nutrisphere‐N slow ammonia loss?

• Franzen, et al. 2011

Does Nutrisphere‐N inhibit urease?

• Two soil average, Franzen et al., 2011

Does Nutrisphere‐N slow ammonia loss?

• Ammonia trapped in porous sponge containing phosphoric acid

• Franzen, et al. 2011

2010 study, ammonia loss inhibitors used with UAN

• UAN applied at about 100 kg N/ha, with and without various additives

• Experiment performed four times– Small droplets, bare soil

– Large droplets, bare soil

– Small droplets, 50% stubble cover

– Large droplets, 50% stubble cover

• Goos (paper in review)

Solution pHUAN 6.9

UAN + ATS 7.2

UAN + CaTS 7.0

UAN + Agrotain 6.9

UAN + Agrotain + CaTS 6.9

UAN + Nutrisphere-LF 3.7

• Goos (paper in review)

Ammonia loss and urease studies, 2011

• Ammonia loss studies, granular urea

• Urea hydrolysis studies, granular urea

• Formal urease inhibition studies– Agrotain Ultra

– Nutrisphere‐N (two sources)

– NZone

– StayN

– NStay

• Ammonia loss studies, 2 soils

• Goos, unpublished

• Urea hydrolysis studies

• Urea pellets placed on top of 2” of moist soil

• Urea hydrolysis followed for 10 days

• Three soils (2‐ND, 1‐IA)

• Goos, unpublished

• Urease inhibition studies

• Additives incubated with soil at 2, 20, 200 ppm

• Urease activity determined, 17 hour incubation

• Goos, unpublished

Summary of urease, ammonia volatilization studies

• NBPT (Agrotain) most effective

• ATS, CaTS, can reduce ammonia loss, less effective than NBPT

• Nutrisphere‐N has not inhibited urease in any of our studies, effects on ammonia loss small

• NZone, StayN, NStay did not inhibit ammonia volatilization

Nitrification inhibition studies

• Field studies– Spring applied urea granules with DCD

– Spring banded UAN with various products

– Fall applied aqua ammonia with two products

• Lab studies– Several products tested

• Spring application, incorporated, 4 week estimation

Granule Ammonium "half-life" # ofsize Material Average Range sites

g ----------- days -----------

0.01 Urea 9 7-10 130.01 U+DCD 15 12-19 13

0.1 Urea 13 7-19 13 0.1 U+DCD 21 18-22 13

1 Urea 23* 18-28 71 Urea+DCD 25* 22-28 7

• So, what does an ammonium “half‐life” of 10, 15, 20, and 30 days look like?

• Assume a farmer applies 150 lb/N of N as granular urea on May 1st, and tills it in...

Spring banded UAN

Fall N with ATS or N‐Serve

• Aqua ammonia banded in early October 1996Record over‐winter snowfall

• Soil samples taken late in fall, early spring

Ammon. in bands Wheat Total N Late Oct. Mid-May Yield Uptake

ppm N bu/A lb/A Control 2 3 23.6 34.6 Aqua 43 1 37.1 52.9 Aqua + ATS 65 11 47.4 77.0 Aqua + N-Serve 72 14 45.1 72.2

• Goos and Johnson, 1999

2008 Studies with Nutrisphere‐N

• Droplet studies

• Urea granule studies

• Two soil average.  Franzen et al., 2011

• Two soil average.  Franzen et al., 2011

• Franzen et al., 2011

• Franzen et al., 2011

2011 Studies

• Urea granules incubated with soil

• Studies still being conducted

• Goos, unpublished

Summary of nitrification inhibitor studies

• Nothing works well to protect a spring application.  Split application a better option if serious in‐season losses anticipated. 

• Some protection from over‐winter losses can be achieved with an inhibitor

• Nitrapyrin (N‐Serve, Instinct) the most effective inhibitor, followed by DCD

• Most of the “new” products do not inhibit nitrification

Summary

• Reactions of nitrogen in the soil are very difficult to inhibit

• If you need an inhibitor, use the strongest one available