NUTRICIÓN MINERAL

Prof. Dr. Renato de Mello Prado

Depto. de Suelos y Fertilizantes

1. Conocer los nutrientes minerales, las formas en que están disponibles en el suelo y en que son absorbidas por las plantas.

2. Conocer cómo los nutrientes son absorbidos, transportados y redistribuidos en las plantas y sus funciones metabólicas.

OBJETIVOS DEL CURSO

3. Relacionar las funciones metabólicas de los nutrientes, cuando sea posible, con problemas de desarrollo y producción de cultivos.

4. Diagnosticar visualmente o por la interpretación de análisis químicos de material vegetal, los estados de carencias y excesos nutricionales.

OBJETIVOS DEL CURSO

1.2   Concepto de nutrientes y criterios de esencialidad.

UNIDAD 1. Introducción al curso

1.1   Conceptos en nutrición de plantas. Relación con disciplinas afines.

1.3   Composición relativa de las plantas. Otros elementos químicos de interés en la nutrición vegetal.

1.4 Cultivo hidropónico. Preparación y uso de soluciones nutritivas.

2.3. Factores internos y externos que afectan la absorción de nutrientes.

Unidad 2: Absorción iónica radical y foliar

2.1. Aspectos anatómicos de raíces y hojas.

2.2. Procesos activos y pasivos de absorción.

Unidades 3 y 4: funciones de los macronutrientes y micronutrientes

3.1 Introducción

3.2 Absorción, traslocación y redistribución

3.3 Participación en el metabolismo vegetal

3.4. Exigencias minerales de los principales cultivos

3.5. Sintomatología de carencias y excesos nutricionales

Unidad 4: funciones de los micronutrientes

4.3. Participación en el metabolismo vegetal

4.1. Introducción

4.2. Absorción, traslocación y redistribución

4.4.Exigencias minerales de los principales cultivos

4.5. Sintomatología de carencias y excesos nutricionales

5.2. Prepación de material vegetal y análisis químicos

Unidad 5: Diagnóstico foliar

5.1. Criterios de muestreo de hojas

5.3. Estudios y seminarios en grupo sobre diagnóstico foliar en cultivos

Unidad 6: Interacciones entre nutrientes

6.2. Relaciones entre nutrientes en el análisis foliar

6.1. Estudios de las interacciones más comunes

Material didáctico disponible en el site (Bibliografía/Seminario/Práctico)

http://www.fcav.unesp.br/departamentos/solos/docentes/mardidat_renatom.php

Material didácticoDisponible: Material de Apoyo (Archivos de clase)POS-GRADUACIÓN:Disciplina: Nutrición de Plantas - Programas: Ciencia del Suelo y Producción

Vegetal -[Link]

http://www.nutricaodeplantas.agr.br/site/ensino/graduacao/unesp_jabot_agro.php

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

EPSTEIN, E.; BLOOM, A. Nutrição mineral de plantas: princípios e perspectivas. 2.Ed. Maria Edna Tenório Nunes (Tradutora). Londrina: Editora Planta, 2006.403p.

MALAVOLTA, E.; VITTI, G.C.; OLIVEIRA, J.A. Avaliação do estado nutricional das plantas. Princípios e Aplicações. 2a ed. POTAFOS (ed.). 1997. 319p.

MALAVOLTA, E. Manual de nutrição mineral de plantas. São Paulo: Editora Agronômica Ceres, 2006.638p.

PRADO, R.M. 500 perguntas e respostas sobre nutrição de plantas. 1. ed. Jaboticabal: FCAV/GENPLANT, 2009. v.1. 108 p

PRADO, R.M. Nutrição de Plantas. 1. ed. São Paulo: Editora UNESP, 2008. v. 1. 407 p.

RAIJ, B.van.; CANTARELLA, H.; QUAGGIO, J.A.; FURLANI, A.M.C. Recomendações de adubação e calagem para o estado de São Paulo. 2a ed. Campinas: Instituto Agronômico, 1997. 285p..(Boletim técnico, 100).

Introducción

Introducción

Agronomía & nutrición de plantas; Historia de la nutrición de plantas; Conceptos en nutrición de plantas; Relación con disciplinas afines; Conceptos de nutrientes e criterios de esencialidad; Composición relativa de los nutrientes en las plantas; Otros elementos químicos de interés en la nutrición vegetal Cultivo hidropónico.

Agronomía & nutrición de plantas

52 FACTORES DE PRODUCIÓN ¿Cuáles son?

(Tisdale et al.,1993)

Planta* cv.

* Nutriciónsuelo* Conservación* Fertilizantes* Fertilización

* Fertilidad

Ambiente* Clima (luz, temp...)

* Manejo (Irrig., Control fitos.)

Agronomía & nutrición de plantas

Aristóteles (384-322 a.C.) filósofo griegoanimales invertidos y mantienen la boca en el suelo

*** Antigüedad

TEORÍA del HUMUS - Wallerius (1709-1785)

Las plantas obtienen los nutrientes de extractos derivados del humus que contiene agua y compuestos solubles de C, H, O y N, de los cuales las plantas reconstruyen tejidos más complejos. De esos 4 elementos, otros elementos vitales, como Si y K serían formados.

Cal y sales eran importantes para las plantas, pero el papel principal sería la disolución de la materia orgánica en la solución del suelo.

Historia de la Nutrición de Plantas

*** Sprengel (1787-1859)

Investigó compuestos en la zona radical y consideró 15 elementos como importantes: O, C, N, S, P, Cl, K, Na, Ca, Mg, Al, Si, Fe y Mn.En 1838 definió la ley del mínimo:

Enunciaba que “si apenas uno de los elementos necesarios para la nutrición de las plantas falta, la planta sufrirá, aunque todos los otros elementos necesarios para la producción vegetal estuvieran presentes en cantidad suficiente”

Historia de la Nutrición de Plantas

“Era Just Van Liebig” (1803-1873)

Liebig (1840) definió la teoría de la nutrición de plantas: libro “La química en sus aplicaciones la a agricultura y a la Fisiología”: donde a planta se nutría de CO2 y H2O, y de algunos minerales de la tierra. MACRONUTRIENTES

*** Siglo XIX

Historia de la Nutrición de Plantas

http://www.liebig-museum.de/

Liebigs Analytisches Labor um 1840

“Era Just Van Liebig”

* La fuente de N de las plantas NH3 atm.* las fuentes de K y P Silicatos insol. p/ evitar lixiviación.

Derrumbó la teoría de los humanistas que indicaban que el vegetal extraía de la tierra sustancias originadas del humus y que los minerales no pasaban de “impurezas”

la planta vive de ácido carbónico, amoníaco (ácido nítrico), agua, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido silícico, cal, magnesio, potasio (soda) e hierro

“Era Just Van Liebig”

Historia de la Nutrición de Plantas

Ley del mínimo

Nutriente en < cantidad Limitante Igual a los demás cantidad adequada

Siglo XX (Era Post Liebig)

Micronutrientes

Epstein (1972)Transportador de iones- enzima/sustrato : Cinética enzimática

Escuela Hoagland (1844-1949)Contribuiciones iniciales – absorción, transporte, redistribuición y funciones

Historia de la Nutrición de Plantas

Stanley A. Barber (1995)Mecanismos de absorción

Marschner (1991)La película la rizosfera, exudación, microrganismos, alteraciones en el pH, potencial redox y disponibilidad de macro y micronutrientes y de elementos tóxicos

Konrad Mengel

Siglo XX (Era Post Liebig)

Historia de la Nutrición de Plantas

Historia de la Nutrición de Plantas

1a Tese: LOPES, G.O. 1972. Contribuición ao estudo de las relações entre o zinco e o fósforo de las plantas. Tese de Doutorado. 44 p.

Século XX (Era Pós Liebig)

Início da Nutrición de Plantas en el Brasil

(1954)PG – MS: 1964 e DR: 1970

¿Cuáles son los nutrientes?

¿Sus funciones?

¿Absorción, transporte y

redistribución de los

nutrientes?

¿Diagnóstico de deficiencias/excesos?

Análisis químicoVisual

Conceptos en nutrición de plantasNUTRICIÓN DE PLANTAS

¿El CONCEPTO?

Conceptos en nutrición de plantas

Naturaleza:>100 elementos

En la planta: Total:40-50 elementos

16 elementos son esenciales

Esencial (sin él la planta no vive)

Benéfico (aumenta el crecimiento y la producción en situaciones

Particulares)Tóxico (no perteneciendo a las

categorías anteriores, disminuye el crecimiento y la producción, pudiendo llevar a la muerte)

Cuántos?

DISCIPLINAS AFINES

&

Relación con disciplinas afines

NUTRICIÓN DE PLANTAS

NUTRICIÓN

FERTILIDAD DEL SUELO

Fertilización

Mecanización

Bioquímica/Fisiología

Fertilizantes

Fitopatología

Microbiología

Mejoramiento

Relación con disciplinas afines

FERTILIDAD del SUELOAnálisis químico

Fertilización (Exigencia de la Planta – Cant. del suelo) x “f”

suelo

Planta

Fertilizantes

NUTRICIÓN DE PLANTASAnálisis químico

¿Cuál? ¿Cuánto? ¿Cómo?

¿Cuándo?

“f”

Relación con disciplinas afines

Factores que causan pérdidas

LLUVIA

EROSIÓNN = P = K

LIXIVIACIÓN NO3

- > K+

FIJACIÓN H2PO4

-

suelo

ABSORCIÓN

FERTILIZANTE

VOLATILIZACIÓN UREA (NH3)

´f´ N: 40-50% ;P: 70-80%; K: 30%

“f”Relación con disciplinas afines

¿Qué es un NUTRIENTE?

Un elemento químico considerado esencial para las plantas

Criterios de esencialidad (Arnon & Stout, 1939)

Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad

El elemento participa de un compuesto o de una reacción química, sin la cual la planta no vive

Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad

2) El elemento no puede ser sustituido por ningún otro

1) En ausencia del elemento la planta no completa su ciclo vegetativo

3) El elemento debe tener un efecto directo en la vida de la planta y no ejercer apenas el papel de, con su presencia en el medio, neutralizar efectos físicos, químicos o biológicos desfavorables para el vegetal

Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad

Descubrimiento y demostración de la esencialidad de los elementos

Elemento Descubridor Año Demostración Año

C - - De Saussure 1804H Cavendish 1766 De Saussure 1804O Priestley 1774 De Saussure 1804

N Rutherford 1772 De Saussure 1804P Brand 1772 Ville 1860S - - Von Sachs, Knop 1865

K Davy 1807 Von Sachs, Knop 1860

Ca Davy 1807 Von Sachs, Knop 1860

Mg Davy 1808 Von Sachs, Knop 1860

(Glass, 1989)

¿Cuándo fueron descubiertos los Nutrientes?Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad

 

Fe - - Von Sachs, Knop 1860

Mn Scheele 1744 McHargue 1922

Cu - - Sommer 1931

Zn - - Sommer & Lipman 1926

B Gay Lussac & Thenard

1808 Sommer & Lipman 1939

Mo Hzelm 1782 Arnon & Stout 1939

Cl Schell 1774 Broyer et al. 1954

 

Continuación

Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad

Plantas vivas: hasta 95% H2O + 5% M.S. (Reichardt, 1985)

~ 92%: C (40%)+H(12%)+O(40%)

Aire (CO2)

~ 8%: Macro y micronutrientes100% MS

¿Cuál es la proporción que aparece en las plantas?

Composición relativa de los nutrientes en las plantas

COMPOSICIÓN RELATIVA DE MACROS Y MICROS

ORGÁNICOSMacronutrientes orgánicos

 C 42%

O 44%

H 6%

   

Total 92%

  

MINERAIS  Macronutrientes N 2,0% Ca 1,3%

P 0,4% Mg 0,4%

K 2,5% S 0,4%

       

Total 7%    

Micronutrientes Fe, Zn, B, Cu, Mo e Cl

 Total 1%100%

Composición relativa de los nutrientes en las plantas

(Epstein, 1975)

Elementos Concentración en la M.S. Número rel. de átomos

MACRONUTRIENTES  g kg-1  N 15 1.000.000K 10 250.000Ca 5 125.000Mg 2 80.000P 2 60.000S 1 30.000

MICRONUTRIENTES  mg kg-1  Cl 100 3000B 20 2000Fe 100 2000Mn 50 1000Zn 20 300Cu 6 100Mo 0,1 1

Composición relativa de los nutrientes en las plantasCOMPOSICIÓN RELATIVA DE MACROS Y MICROS

Composición relativa de los nutrientes en las plantasExtracción total (parte aérea) y exportación por

la cosecha (granos) de cultivos comercialesNutriente Cana-de-açúcar

(100 t ha-1) Soja

(5,6 t ha-1) Trigo

(3,0 t ha-1) Colmos Folhas Total Grãos Restos

culturais Total Grãos Restos

culturais Total

______________________________ kg ha-1 __________________________________ N 90 60 150 152 29 181 75 50 125 P 10 10 20 11 2 13 15 7 22 K 65 90 155 43 34 77 12 80 92 Ca 60 40 100 8 43 51 3 13 16 Mg 35 17 52 6 20 26 9 5 14

Mac

ronu

trie

ntes

S 25 20 45 4 2 6 5 9 14

___________________________________ g ha-1 ________________________________ B 200 100 300 58 131 189 100 200 300 Cu 180 90 270 34 30 64 17 14 31 Fe 2500 6400 8900 275 840 1115 190 500 690 Mn 1200 4500 5700 102 210 312 140 320 460 Mo - - - 11 2 13 - - -

Mic

ronu

trie

ntes

Zn 500 220 720 102 43 145 120 80 200

DISTRIBUICIÓN del P en CITRUS

(Mattos, 2003)

Hojas: 16,8% Ramas: 25,3

Tronco: 3,6%Raíces: 20,5%

Frutos: 33,7%

Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción

Exigencia nutricional y consumo aparente de fertilizantes (N+P2O5+K2O) de algunos cultivos de Brasil

Cultura Exigência nutricional total Consumo de fertilizantes2 N+P+K N+P2O5+K2O1 N+P2O5+K2O Cana-de-açúcar (100 t ha-1)

150+20+155 382 206

Soja 3 (5,6 t ha-1)

181(72)+13+77 303 (162) 145

Café, em coco (2 t ha-1)

253+19+232 348 192

Citros (1200 cx./ha)

391+19+172 642 122

Milho (6,4 t ha-1)

305+56+257 742 110

Arroz (5,6 t ha-1)

141+14+81 270 77

Feijão (1 t ha-1)

102+9+93

235 31

Mandioca (16,6 mil plantas)

187+15+98 339 8

Obs. 1 Px2,29136 = P2O5; Kx1,20458 = K2O; 2 ANDA (1999); 3 En la soja, se estima que el 60% de la exigencia en N proviene de la fijación biológica, y el restante del suelo (72 kg ha -1 de N).

Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción

Marcha de absorción de N, P y K en maíz

El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo

Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción

Marcha de absorción de N, P y K en maíz

Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción

El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo

ACTIVADOR ENZIMÁTICOEl elemento está presente en la fase disociable de la fracción proteica

de la enzima, es necesario para la actividad de la misma.

Importancia de los nutrientes en las plantas

ESTRUTURALEl elemento forma parte de la molécula de uno o más compuestos

orgánicos; ejemplos: N: aminoácidos y proteínas; Ca: pectato; Mg: clorofilas.

CONSTITUYENTE DE LA ENZIMASe refiere a elementos, generalmente metales o elementos de transición (Mo), que forman parte del grupo prostético de enzimas y que son esenciales para la actividad de las mismas; es el caso de Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Ni.

Estrutural

Activador

Grupo prostético

Las tres funciones que los elementos pueden desempeñar

Importancia de los nutrientes en las plantas

Importancia de los nutrientes en las plantasplanta sin deficiencia

nutricional

planta con deficiencia nutricional

Omisión del nutriente

Importancia de los nutrientes en las plantas

Secuencia de eventos biológicos en plantas deficientes en nutrientes

Nivel de tejido síntoma (clorosis/necrosis)

Reducción de la velocidad de los procesos metabólicos

Paralización/desarreglo de los procesos biológicosNivel molecular

Alteración de membranas, pared celular, organelasNivel subcelular

Alteración/deformación de las célulasNiível celular

Alteración de los tejidos

Modificaciones anatómicas: células de la epidermis más gruesas, lignificadas y/o silificadas

Propiedades fisiológicas y bioquímicas: producción de sustancias inhibidoras y repelentes

Capacidad de respuesta de la planta al ataque de los parásitos: aumentando las barreras mecánicas y síntesis de compuestos tóxicos

Importancia de los nutrientes en las plantasRESISTENCIA A ENFERMEDADES

INDUCIDAS POR LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS

RESISTENCIA A ENFERMEDADES INDUCIDAS POR LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS

Efecto de la nutrición en las enfermedades:

Plantas tolerantes o de moderada

resistencia

Plantas altamente resistentes o

altamente susceptibles

Significativo No significativo

Importancia de los nutrientes en las plantas

DESAFIO NUTRICIONAL

Contrastes de tecnología: montes frutales de de 7 años, naranja Valencia, injertada en limón Cravo, irrigados, etc.

Monte A:70 ton/ha Monte B:10 ton/ha

¡Nutrición tomada en serio!

Importancia de los nutrientes en las plantas

Son elementos que presentan aspectos benéficos para el

crecimiento de ciertas plantas, aunque no sean esenciales

Elementos benéficos

Outros elementos químicos de interesse na nutrición vegetal

PREGUNTAS