Relaciones Suelo Planta

11/04/2012FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés Azabache Leytón 1

RELACIONES SUELO-PLANTA

RELACIONES ENTRE LOS DIFERENTES COMPONENTES DEL SISTEMA SUELO QUE AFECTAN LA CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES


Absorción de nutrientes

por las plantas

Solución

suelo

10

9

7

8

11

6

12

5

4

3

21 Superficies de Intercambio

AIRE DEL SUELO

MATERIA ORGANICA DEL SUELO

MINERALES SÓLIDOS

PRECIPITACIÓN PLUVIAL, EVAPORACIÒN,DRENAJE

VALORES TÍPICOS DE CIC PARA DIFERENTES TEXTURAS DEL SUELO

SUELO CIC (cmol.kg-1)

Arenoso (ligeramente coloreado) 3 a 5

Arenoso (de color oscuro) 10 a 20

Franco 10 a 15

Franco limoso 15 a 25

Arcilloso y arcilla franca 20 a 50

Orgánicos 50 a 100


IMPORTANCIA DEL CONTENIDO Y TIPO DE ARCILLA Y MATERIA ORGÁNICA SOBRE LA CIC DEL SUELO

Un suelo tiene 27% de arcilla (1/3 de caolinita, montmorillonita, vermiculita) y 4% de materia orgánica. Calcular la CIC de este suelo.


COMPONENTE CIC (cmol.kg-1) VALORES

Caolinita 10 x 9% 0,9

Monrmorillonita 100 x 9% 9,0

Vermiculita 140 x 9% 12,6

Materia orgánica 200 x 4% 8,0

TOTAL 30,5 cmol.kg-1

CIC DE LAS RAÍCES

ESPECIES CIC (cmol.kg-1 de materia seca )

Trigo 23

Maíz 29

Haba 54

Tomate 62


INTENSIDAD Y CANTIDAD


PLANTA

INTENSIDAD

CANTIDAD

Concentración de nutrientes en lasolución suelo

Pool lábil

Nutriente liberado durante el crecimiento

Volumen mineral yreservas orgánicas

rápido

lento

muy lento

MUY RAPIDO

DOS SUELOS CON DIFERENTE CAPACIDAD ADSORBENTE


Suelo A

Nu

trie

nte

ad

sorb

ido

(C

anti

dad

), Q

Nutriente en solución (Intensidad), I

Suelo A Suelo B

Suelo B

ID ID

QD

Representación de la influencia de la capacidad tampón (CT) sobre los cambios de la concentración de P en solución con la adición de fertilizantes fosfatados


Fertilizante fosfatado agregado

Con

ce

ntr

ació

n d

e P

en

so

lució

nSuelo arenoso

Suelo arcilloso

SOLUBILIDAD DE LOS MINERALES EN LOS SUELOS

La solubilidad de un mineral: concentración delelemento o iones en solución mantenido por elmineral específico.

Por ejemplo, cuando el yeso es agregado al agua,se disuelve:

CaSO4.2H2O ↔ Ca2+ + SO42- + 2H2O

El producto de solubilidad de los iones Ca2+ ySO4

2- es denominado el producto de solubilidad,o Kps, donde:

Kps = (Ca2+)(SO42-)


…SOLUBILIDAD DE LOS MINERALES EN LOS SUELOS

El Kps es constante, de tal manera que cuando elproducto de las concentraciones iónicas es <Kpsel mineral se disolverá y cuando el producto delas concentraciones iónicas es >Kps entonces elmineral precipitará.

Las reacciones de solubilidad de los mineralesdel suelo son esenciales para tamponar laconcentración de la solución de muchosnutrientes de las plantas.


MODELO CONCEPTUAL DE LA DEGRADACIÓN DE RESIDUOS DE PLANTAS A HUMUS ESTABLE DEL SUELO

11/04/2012FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés Azabache Leytón

PLANTAS Y ANIMALES

RESIDUOS ORGÁNICOS

DESCOMPONIBLES

(10 a 20%)

BIOMASA HETEROTRÓFICA

(1 a 8%)

HUMUS DEL SUELO (50 a 85%)

Nutrientes

Productos microbialesCompuestos orgánicos

biológicamente

resistentes

Superficie del suelo

NUTRIENTES DE LAS PLANTAS


Son elementos

químicos

exclusivamente

de tipo mineral o

inorgánicas,

esenciales para

las plantas

ELEMENTOS BÁSICOS

REQUERIDOS POR LAS PLANTAS

LUZ SOLARCO2

NUTRIENTES H2O, 02

CRITERIOS DE ESENCIALIDAD


1. Una planta dada es incapaz de

completar su ciclo de vida en ausencia

de un elemento esencial.

2. La función del elemento no puede ser

reemplazada por otro.

3. El elemento debe estar directamente

involucrado en el metabolismo de la

planta.

ELEMENTOS ESENCIALES PARA EL CRECIMIENTO DE LAS PLANTAS

Macronutrientes: usados en cantidades relativamente

grandes (0,1% del tejido seco de la planta)

Micronutrientes: usados en cantidades

relativamente pequeñas (0,1% del tejido seco

de la planta

Mayormente del aire y

del agua

Mayormente de los sólidos del

sueloDe los sólidos del suelo

Carbono (CO2) Cationes: Cationes:

Hidrógeno (H2O) Calcio (Ca2+) Cobre (Cu2+)

Oxígeno (O2, H2O) Magnesio (Mg2+) *Cobalto (Co2+)

Nitrógeno (NH4+) Hierro (Fe2+)

Potasio (K+) Manganeso (Mn2+)

Aniones: Níquel (Ni2+)

Nitrógeno (NO3-) *Sodio (Na+)

Fósforo (H2PO4-, HPO4

2-) Zinc (Zn2+)

Azufre (SO42-) Aniones:

*Sílice (H4SiO4, H3SiO4-) Boro (H3BO3, H4BO4

-)

Cloro (Cl-)

Molibdeno (MoO42-)

11/04/2012Edafología-Andrés Azabache L. 14

CLASIFICACION DE LOS NUTRIENTES

ELEMENTO FORMA DE ABSORCIÓN FUNCIÓN BIOQUÍMICA

Primer grupo

C, H, O, N, S

En la forma de CO2, HCO3-, H2O, O2, NO3-,

NH4+, N2, SO4

2-, SO2. Los iones desde la

solución suelo, los gases desde la

atmósfera

Principal constituyente de material

orgánico. Elementos esenciales de grupos

atómicos que están involucrados en

procesos enzimáticos. Asimilación por

reacciones de óxido-reducción.

Segundo grupo

P, B, Si.

En la forma de fosfatos, ácido bórico o

borato, ácido silícico de la solución suelo.

Formación de ésteres con alcoholes. Los

esteres de fosfato participan en reacciones

de transferencia de energía.

Tercer grupo

K, Na, Mg, Ca,

Mn, Cl

En la forma de iones desde la solución

suelo.

Funciones no específicas en el

establecimiento de potenciales osmóticos.

Reacciones más específicas en que el ion

efectúa la conformación óptima de una

enzima (activación de enzima). Balance de

aniones. Controlar la permeabilidad de

membrana y electro-potenciales.

Cuarto grupo

Fe, Cu, Zn, Mo

En la forma de iones o quelatos desde la

solución suelo

Presente predominantemente en forma de

quelato incorporado en grupos prostéticos.

Capaces de transportar electrones por

cambio de valencia.


RELACIONES ENTRE RENDIMIENTO Y CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES


EFECTO STEENBERG

DEFICIENTE

TRANSICIÓN

SUFICIENTE

EXCESIVO O

TÓXICO

CONCENTRACIÓN CRÍTICA EN LOS TEJIDOS

REN

DIM

IEN

TO D

E LA

PLA

NTA

CONCENTRACIONES ADECUADAS DE NUTRIENTES EN LA PLANTA


Nº NUTRIENTE SIMBOLO PESO ATÓMICO

CONCENTRACIÓN ROMEDIO EN MATERIA SECA

g.mol-1 mg.kg-1 o g.kg-1 Rango

MACRONUTRIENTES

01 Hidrógeno H 1,01 60 000 60 g.kg-1 -

02 Oxígeno O 16,00 30 000 450 g.kg-1 -

03 Carbono C 12,01 40 000 450 g.kg-1 -

04 Nitrógeno N 14,01 1 000 15 g.kg-1 5 a 60 g.kg-1

05 Potasio K 39,10 250 10 g.kg-1 8 a 80 g.kg-1

06 Fósforo P 30,91 60 2 g.kg-1 1,5 a 5 g.kg-1

07 Calcio Ca 40,08 125 5 g.kg-1 1 a 60 g.kg-1

08 Magnesio Mg 24,32 80 2 g.kg-1 0,5 a 10 g.kg-1

09 Azufre S 32,07 30 1 g.kg-1 1 a 15 g.kg-1

MICRONUTRIENTES

10 Cloro Cl 35,46 3,0 100 mg.kg-1 10 a 80000 mg.kg-1

11 Hierro Fe 55,85 2,0 100 mg.kg-1 20 a 600 mg.kg-1

12 Boro B 10,82 2,0 20 mg.kg-1 0,2 a 800 mg.kg-1

13 Manganeso Mn 54,94 1,0 50 mg.kg-1 10 a 600 mg.kg-1

14 Zinc Zn 65,38 0,30 20 mg.kg-1 10 a 250 mg.kg-1

15 Cobre Cu 63,54 0,10 6 mg.kg-1 2 a 50 mg.kg-1

16 Molibdeno Mo 95,95 0,001 0,1 mg.kg-1 0,1 a 10 mg.kg-1

17 Níquel Ni 58,69 0,001 0,05 mg.kg-1 0,05 a 5 mg.kg-1

REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE NUTRIENTES EN EL SUELO-PLANTA

Reacciones de transferencia:

Fase sólida solución: disponibilidad, desorción, mineralización.

Solución Fase sólida: adsorción, fijación, inmovilización.

Solución raíz : absorción.

Raíz solución: Intercambio, excreción.

Raíz parte aérea: transporte

Parte aérea raíz: redistribución.


DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES


La disponibilidad de nutrientes de una manera simple

puede ser considerado como la fracción de nutriente

del suelo que es accesible a las raíces de las plantas.

El término disponibilidad de nutrientes abarca el

estado físico y químico de un nutriente en el suelo así

como las relaciones con la raíz de la planta que

incluyen al metabolismo de la planta.

Por la razón expuesta anteriormente, en un sentido

estricto, la cantidad de nutriente disponible no puede

ser medido y expresado en términos cuantitativos.

MOVIMIENTO DE IONES DEL SUELO A LAS RAÍCES

FLUJO DE MASA

DIFUSIÓN

INTERCEPCION RADICULAR


COMO LOS NUTRIENTES ENTRAN EN CONTACTO CON LA RAÍZ


DIFUSIÓN


dX

dCA

bTDw

dt

dC.

11.

Dc/dt = Tasa de difusión

Dc/dX = Gradiente de concentración

Dw = coeficiente de difusión en agua.

= contenido volumétrico de agua del suelo

T = Factor de tortuosidad

B = Capacidad tampón del suelo.

A = área de sección transversal de difusión

ESTIMADOS DE COEFICIENTE DE DIFUSIÓN

ION

COEFICIENTE DE DIFUSIÓN PROMEDIO

De EN

SUELOS

MOVIMIENTO

EN LOS

SUELOS

(mm/día)AGUA (Di) SUELO (De)

NO-3 1,9 x 10-9 10-10 a 10-11 5 x 10-11 3,00

K+ 2,0 x 10-9 10-11 a 10-12 5 x 10-12 0,90

H2PO4- 0,9 x 10-9 10-12 a 10-15 1 x 10-13 0,13

11/04/2012 FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés Azabache Leytón 23

INTERCEPCION RADICULAR


Efecto de la inoculación de endomicorriza y P sobre el contenido de nutriente en tallos de maíz.

Elemento

Contenido en tallos (g)

Sin P 25 mg.kg-1 de P

Sin micorriza Con micorriza

Sin micorriza Con micorriza

P 750 1 340 2 970 5 910

K 6 000 9 700 17 500 19 900

Ca 1 200 1 600 2 700 3 500

Mg 430 630 990 1 750

Zn 28 95 48 169

Cu 7 14 12 30

Mn 72 101 159 238

Fe 80 147 161 277


INTERCAMBIO DE CONTACTO


Pared CelularMembrana

CelularCitoplasma

Mineral de arcilla

Zona de contacto

5 nm 1000 nm 8 nm

K

H

Significancia relativa de las principales formas en que las iones nutrientes de las plantas se mueven del suelo hacia las raíces de maíz (Havlin et al., 2005)*

NUTRIENTENutriente necesario para un rendimiento de 12,561

t.ha-1

PORCENTAJE SUMINISTRADO POR:

INTERCEPCIÓN RADICULAR

FLUJO DE MASA DIFUSIÓN

Nitrógeno 252,00 1 99 0

Fósforo 50,40 2 4 90

Potasio 224,00 2 20 78

Calcio 56,00 120 440 0

Magnesio 61,60 27 280 0

Azufre 28,00 4 94 2

Cobre 0,13 8 400 0

Zinc 0,45 25 30 45

Boro 0,28 8 350 0

Hierro 2,80 8 40 52

Manganeso 11,65 25 130 0

Molibdeno 1,34 8 200 0

11/04/2012FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés Azabache

Leytón 27

Concentración de elementos en la solución suelo (micromoles/ litro).

ELEMENTO RANGOSUELO

ÁCIDO

SUELO

CALCÁREO

Ca 0,5 – 38 3,400 14,00

Mg 0,7 – 100 1,900 7,00

K 0,2 – 10 0,700 1,00

Na 0,4 – 150 1,000 29,00

N 0,16 – 55 12,100 13,00

P <0,001 – 1 0,007 <0,03

S <0,1 – 150 0,500 24,00

Cl 0,2 - 230 1,100 20,00

11/04/2012FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés

Azabache Leytón

28

VARIACION DE LA SOLUCIÓN SUELO

NUTRIENTESCONCENTRACION (M)

22 FEBRERO 28 MARZO 15 MAYO

NO-3

NH4+

PO43-

K+

Ca2+

Mg2+

620

29

14

91

1106

34

11 300

1 100

14

202

5 258

84

1 843

1

10

133

1 558

52

11/04/2012FERTILIDAD DE SUELOS - M.Sc. Andrés

Azabache Leytón29

ABSORCION DE IONES POR LA PLANTA

Selectividad:

Acumulación:

Genotipo:


PASOS DE LA ABSORCIÓN DE

NUTRIENTES

Sección transversal de una raíz de planta. El lugar de absorción pasiva es el espacio libre aparente, que es externo a la banda de caspari en la corteza


Diagrama generalizado del proceso de transporte activo y pasivo que incluye canales proteicos y otros mecanismos de transporte de difusión facilitada como la bomba iónica y transporte de iones y moléculas contra una gradiente de concentración.


MEMBRANA SELECTIVAMENTE

PERMEABLE

DIFUSIÓN PASIVA DIFUSIÓN ACTIVA

K+

Na+

ATP ADP+H PO2 4

CANALES IÓNICOS

DIFUSIÓNFACILITADA

UNIPORT ANTIPORTSYMPORT

B O M B A D E A T P

ABSORCION DE IONES


+

+

+

+

+

+

+

+

FORMA IÓNICA DE ABSORCION DE IONES


NUTRIENTE FORMA DE ABSORCION

N NO3-, NH4

+

P H2PO4-, HPO4

2-

K K+

Ca Ca2+

Mg Mg2+

S SO42-

Fe Fe2+, Fe3+

Cu Cu2+

Zn Zn2+

Mn Mn2+

Ni Ni+

B H3BO3, B4O72-, H2BO3

-, HBO3-, BO3

3-

Cl Cl-

Mo MoO42-

MOVIMIENTO DE IONES EN ESPACIOS INTERCELULARES

EXTERIOR INTERIOR

1. Difusión y absorción de

intercambio

1. Compuestos enlazados a iones o

transportadores.

2. La absorción ocurre rápidamente 2. La absorción ocurre lentamente.

3. Los iones son

estequiométricamente cambiables3. Los iones no son cambiables

4. No selectivo4. Específico en relación con el sitio y

entrada.

5. No metabólico5. Dependiente del metabolismo

aeróbico.

6. Iones en solución o adsorbidos en

el espacio externo

6. Los iones en las vacuolas y

parcialmente en el citoplasma.


TRANSPORTE

Movimiento del nutriente del lugar de absorción a cualquier otro, dentro o fuera de la raíz.

El elemento sigue este trayecto:

Epidermis Parénquima Cortical Endodermis Floemay Xilema


REDISTRIBUCIÓN

Movimiento del nutriente de un lugar de residencia (órgano) a otro (hoja nueva).

Los elementos muestran diferente movilidad:

Móviles: N, P, K, Mg, Cl, Mo

Poco móviles: S, Cu, Fe, Mn, Zn

Inmóviles: Ca, B


IMPORTANCIA DE LA REDISTRIBUCIÓN

Si se presenta disminución en las reacciones:

Suelo Solución Raíz

Síntomas de deficiencia:

- Elementos móviles : hojas viejas

- Elementos poco móviles: hojas jóvenes

- Elementos inmóviles : hojas y órganos jóvenes


FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES DE LAS PLANTAS

NUTRIENTE DESCRIPCIÓN

SON ELEMENTOS INTEGRALES DE COMPUESTOS DE CARBONO

N Constituyente de aminoácidos, amidas, proteínas, ácidos nucleicos, nucleótidos y poliaminas.

S Constituyente de la cisteína, cystina, metionina, proteínas,; de las coenzimas: tiamina, biotina y coenzima A.

ESEN CIALES EN ADQUISICIÓN Y UTILIZACIÓN DE ENERGÍA, Y EN EL GENOMA

P Adquisición, almacenamiento y utilización de energía: fosfatos de azúcar, fosfatos de adenosina (AMP, ADP, ATP), y los nucleótidos y ácidos nucleicos. El ácido fítico o sus sales de calcio o magnesio (fitina) sirven como compuestos que almacenan fosfato.

ESTRUCTURALMENTE ASOCIADOS CON LA PARED CELULAR

Ca Enlaza a polisacaridos en la pared celular

B Enlaza a polisacaridos pécticos en la pared celular, contribuyendo a su estabilidad.

Si Confiere fuerza y rigidez a la pared celular, formando compuesto hidratados de Si: SiO2.nH2O




CONSTITUYENTES INTEGRALES DE ENZIMAS

Mg Constituyente de la clorofila

Fe Parte de proteínas, ferrodoxina, y proteínas de S –Fe

Mn Parte del complejo enzimático de la división del agua del fotosistema II yde la enzima dismutasa peroxidasa.

Zn Metal en algunas metaloenzimas

Cu Metal en algunas metaloenzimas

Ni Constituyente de la ureasa (enzima de planta)

Mo Constituyente de la nitrogenasa y nitrato reductasa.




SIRVEN PARA ACTIVAR O CONTROLAR LA ACTIVIDAD DE ENZIMAS

K Activa numerosas enzimas

Na Activa las enzimas que catalizan la conversión de ´piruvato a piruvato-fosfofenol en plantas C4. Puede substituir al K en activar enzimas.

Cl Activa el sistema de la fotoenzima II en que el agua se dosocia y se libera oxígeno

Mg Activador de numerosas enzimas. Activa enzimas instrumentales en transferencia de fosfato

Ca Enlaza al calmodulin, una pequeña proteína importante en señalar y regular las actividades de muchas enzimas

Mn Activa numerosas enzimas incluyendo varias del ciclo del ácido cítrico

Ca,Fe,Zn,Cu Activan varias enzimas, pero no con un alto grado de especificidad


DEFICIENCIAS DE NUTRIENTES


-MAGNESIO


-MANGANESO

-MOLIBDENO


-NITRÓGENO

-FÓSFORO


-AZUFRE

-ZINC


-BORO

-COBRE


-HIERRO

-CALCIO


-CLORO

-POTASIO


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