NUTRICIÓN MINERAL Prof. Dr. Renato de Mello Prado

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1 NUTRICIÓN MINERAL Prof. Dr. Renato de Mello Prado
Depto. de Suelos y Fertilizantes

2 OBJETIVOS DEL CURSO 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.

3 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.

4 UNIDAD 1. Introducción al curso
1.1   Conceptos en nutrición de plantas. Relación con disciplinas afines. 1.2   Concepto de nutrientes y criterios de esencialidad. 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.

5 Unidad 2: Absorción iónica radical y foliar
2.1. Aspectos anatómicos de raíces y hojas. 2.2. Procesos activos y pasivos de absorción. 2.3. Factores internos y externos que afectan la absorción de nutrientes.

6 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

7 Unidad 4: funciones de los micronutrientes
4.1. Introducción 4.2. Absorción, traslocación y redistribución 4.3. Participación en el metabolismo vegetal 4.4. Exigencias minerales de los principales cultivos 4.5. Sintomatología de carencias y excesos nutricionales

8 Unidad 5: Diagnóstico foliar
5.1. Criterios de muestreo de hojas 5.2. Prepación de material vegetal y análisis químicos 5.3. Estudios y seminarios en grupo sobre diagnóstico foliar en cultivos

9 Unidad 6: Interacciones entre nutrientes
6.1. Estudios de las interacciones más comunes 6.2. Relaciones entre nutrientes en el análisis foliar

10 Disponible: Material de Apoyo (Archivos de clase) POS-GRADUACIÓN:
Material didáctico disponible en el site (Bibliografía/Seminario/Práctico) Material didáctico Disponible: Material de Apoyo (Archivos de clase) POS-GRADUACIÓN: Disciplina: Nutrición de Plantas - Programas: Ciencia del Suelo y Producción Vegetal -[Link]

11 BIBLIOGRAFIA BÁSICA EPSTEIN, E. ; BLOOM, A
BIBLIOGRAFIA BÁSICA EPSTEIN, E.; BLOOM, A. Nutrição mineral de plantas: princípios e perspectivas. 2.Ed. Maria Edna Tenório Nunes (Tradutora). Londrina: Editora Planta, p. MALAVOLTA, E.; VITTI, G.C.; OLIVEIRA, J.A. Avaliação do estado nutricional das plantas. Princípios e Aplicações. 2a ed. POTAFOS (ed.) p. MALAVOLTA, E. Manual de nutrição mineral de plantas. São Paulo: Editora Agronômica Ceres, p. PRADO, R.M. 500 perguntas e respostas sobre nutrição de plantas. 1. ed. Jaboticabal: FCAV/GENPLANT, v p PRADO, R.M. Nutrição de Plantas. 1. ed. São Paulo: Editora UNESP, v 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, p..(Boletim técnico, 100).

12 Introducción

13 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.

14 USO DE LA CIENCIA AGRONÓMICA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
Agronomía & nutrición de plantas USO DE LA CIENCIA AGRONÓMICA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA ALIMENTOS, FIBRAS Y ENERGÍA

15 Planta suelo Ambiente Agronomía & nutrición de plantas
52 FACTORES DE PRODUCIÓN ¿Cuáles son? Planta * cv. * Nutrición suelo * Conservación * Fertilizantes * Fertilización * Fertilidad Ambiente * Clima (luz, temp...) * Manejo (Irrig., Control fitos.) (Tisdale et al.,1993)

16 *** Antigüedad Historia de la Nutrición de Plantas
Aristóteles ( a.C.) filósofo griego animales invertidos y mantienen la boca en el suelo TEORÍA del HUMUS - Wallerius ( ) 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.

17 *** Sprengel (1787-1859) Historia de la Nutrición de Plantas
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”

18 *** Siglo XIX Historia de la Nutrición de Plantas
“Era Just Van Liebig” ( ) 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

19 Liebigs Analytisches Labor um 1840
“Era Just Van Liebig” Liebigs Analytisches Labor um 1840

20 Historia de la Nutrición de Plantas
“Era Just Van Liebig” 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 * La fuente de N de las plantas  NH3 atm. * las fuentes de K y P  Silicatos insol. p/ evitar lixiviación.

21 Nutriente en < cantidad  Limitante
Ley del mínimo Nutriente en < cantidad  Limitante Igual a los demás  cantidad adequada

22 Siglo XX (Era Post Liebig)
Historia de la Nutrición de Plantas Siglo XX (Era Post Liebig) Micronutrientes Escuela Hoagland ( ) Contribuiciones iniciales – absorción, transporte, redistribuición y funciones Epstein (1972) Transportador de iones- enzima/sustrato : Cinética enzimática

23 Siglo XX (Era Post Liebig)
Historia de la Nutrición de Plantas Siglo XX (Era Post Liebig) 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

24 Século XX (Era Pós Liebig)
Historia de la Nutrición de Plantas Século XX (Era Pós Liebig) Início da Nutrición de Plantas en el Brasil (1954) PG – MS: 1964 e DR: 1970 1a Tese: LOPES, G.O Contribuición ao estudo de las relações entre o zinco e o fósforo de las plantas. Tese de Doutorado. 44 p.

25 Conceptos en nutrición de plantas
¿El CONCEPTO? ¿Absorción, transporte y redistribución de los nutrientes? ¿Cuáles son los nutrientes? ¿Sus funciones? ¿Diagnóstico de deficiencias/excesos? Análisis químico Visual

26 Cuántos? Naturaleza: >100 elementos En la planta:
Conceptos en nutrición de plantas 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) Naturaleza: >100 elementos En la planta: Total:40-50 elementos Cuántos? 16 elementos son esenciales

27 NUTRICIÓN DE PLANTAS DISCIPLINAS AFINES
Relación con disciplinas afines NUTRICIÓN DE PLANTAS & DISCIPLINAS AFINES

28 NUTRICIÓN Fertilización Mecanización Fertilizantes
Relación con disciplinas afines NUTRICIÓN Mejoramiento Fitopatología Fertilización Mecanización Fertilizantes Bioquímica/ Fisiología Microbiología FERTILIDAD DEL SUELO

29 Planta suelo “f” Relación con disciplinas afines
Fertilización (Exigencia de la Planta – Cant. del suelo) x “f” NUTRICIÓN DE PLANTAS Análisis químico FERTILIDAD del SUELO Análisis químico Planta ¿Cuál? ¿Cuánto? ¿Cómo? ¿Cuándo? suelo Fertilizantes “f”

30 Factores que causan pérdidas
Relación con disciplinas afines “f” Factores que causan pérdidas FERTILIZANTE LLUVIA ABSORCIÓN VOLATILIZACIÓN UREA (NH3) suelo FIJACIÓN H2PO4- EROSIÓN N = P = K LIXIVIACIÓN NO3- > K+ ´f´ N: 40-50% ;P: 70-80%; K: 30%

31 Un elemento químico considerado esencial para las plantas
Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad ¿Qué es un NUTRIENTE? Un elemento químico considerado esencial para las plantas Criterios de esencialidad (Arnon & Stout, 1939)

32 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

33 Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad
1) En ausencia del elemento la planta no completa su ciclo vegetativo 2) El elemento no puede ser sustituido por ningún otro 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

34 Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad
¿Cuándo fueron descubiertos los Nutrientes? Descubrimiento y demostración de la esencialidad de los elementos Elemento Descubridor Año Demostración C - De Saussure 1804 H Cavendish 1766 O Priestley 1774 N Rutherford 1772 P Brand Ville 1860 S Von Sachs, Knop 1865 K Davy 1807 Ca Mg 1808 (Glass, 1989)

35 Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad
Conceptos de nutrientes y criterios de esencialidad Continuación Fe - Von Sachs, Knop 1860 Mn Scheele 1744 McHargue 1922 Cu Sommer 1931 Zn Sommer & Lipman 1926 B Gay Lussac & Thenard 1808 1939 Mo Hzelm 1782 Arnon & Stout Cl Schell 1774 Broyer et al. 1954

36 Plantas vivas: hasta 95% H2O + 5% M.S. (Reichardt, 1985)
Composición relativa de los nutrientes en las plantas ¿Cuál es la proporción que aparece en las plantas? Plantas vivas: hasta 95% H2O + 5% M.S. (Reichardt, 1985) Aire (CO2) ~ 92%: C (40%)+H(12%)+O(40%) 100% MS ~ 8%: Macro y micronutrientes

37 Composición relativa de los nutrientes en las plantas
COMPOSICIÓN RELATIVA DE MACROS Y MICROS ORGÁNICOS Macronutrientes orgánicos C 42% O 44% H 6% Total 92% MINERAIS   Macronutrientes N 2,0% Ca 1,3% P 0,4% Mg K 2,5% S Total 7% Micronutrientes  Fe, Zn, B, Cu, Mo e Cl  Total % 100%

38 Composición relativa de los nutrientes en las plantas
COMPOSICIÓN RELATIVA DE MACROS Y MICROS Elementos Concentración en la M.S. Número rel. de átomos MACRONUTRIENTES g kg-1 N 15 K 10 Ca 5 Mg 2 80.000 P 60.000 S 1 30.000 MICRONUTRIENTES mg kg-1 Cl 100 3000 B 20 2000 Fe Mn 50 1000 Zn 300 Cu 6 Mo 0,1 (Epstein, 1975)

39 Composición relativa de los nutrientes en las plantas
Extracción total (parte aérea) y exportación por la cosecha (granos) de cultivos comerciales Nutriente Cana - de açúcar (100 t ha 1 ) Soja (5,6 t ha Trigo (3,0 t ha Colmos Folhas Total Grãos Restos culturais ______________________________ kg ha __________________________________ N 90 60 150 152 29 181 75 50 125 P 10 20 11 2 13 15 7 22 K 65 155 43 34 77 12 80 92 Ca 40 100 8 51 3 16 Mg 35 17 52 6 26 9 5 14 Macronutrie ntes S 25 45 4 ___________________________________ g ha 1 _________________________ _______ B 200 300 58 131 189 Cu 180 270 30 64 31 Fe 2500 6400 8900 275 840 1115 190 500 690 Mn 1200 4500 5700 102 210 312 140 320 460 Mo Micronutrientes Zn 220 720 145 120

40 DISTRIBUICIÓN del P en CITRUS
Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción DISTRIBUICIÓN del P en CITRUS Hojas: 16,8% Ramas: 25,3 Frutos: 33,7% Tronco: 3,6% Raíces: 20,5% (Mattos, 2003)

41 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 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).

42 El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo
Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo Marcha de absorción de N, P y K en maíz

43 El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo
Acumulación de nutrientes en los cultivos y composición de la producción El patrón de extracción de los nutrientes varia c/ciclo Marcha de absorción de N, P y K en maíz

44 Importancia de los nutrientes en las plantas
 ESTRUTURAL El elemento forma parte de la molécula de uno o más compuestos orgánicos; ejemplos: N: aminoácidos y proteínas; Ca: pectato; Mg: clorofilas.  ACTIVADOR ENZIMÁTICO El elemento está presente en la fase disociable de la fracción proteica de la enzima, es necesario para la actividad de la misma.  CONSTITUYENTE DE LA ENZIMA Se 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.

45 Las tres funciones que los elementos pueden desempeñar
Importancia de los nutrientes en las plantas Grupo prostético Estrutural Activador Las tres funciones que los elementos pueden desempeñar

46 planta sin deficiencia nutricional planta con deficiencia nutricional
Importancia de los nutrientes en las plantas planta sin deficiencia nutricional Omisión del nutriente planta con deficiencia nutricional

47 Secuencia de eventos biológicos en plantas deficientes en nutrientes
Importancia de los nutrientes en las plantas Nivel de tejido síntoma (clorosis/necrosis) Reducción de la velocidad de los procesos metabólicos Paralización/desarreglo de los procesos biológicos Nivel molecular Alteración de membranas, pared celular, organelas Nivel subcelular Alteración/deformación de las células Niível celular Alteración de los tejidos Secuencia de eventos biológicos en plantas deficientes en nutrientes

48 RESISTENCIA A ENFERMEDADES INDUCIDAS POR LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS
Importancia de los nutrientes en las plantas RESISTENCIA A ENFERMEDADES INDUCIDAS POR LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS 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

49 Efecto de la nutrición en las enfermedades:
Importancia de los nutrientes en las plantas RESISTENCIA A ENFERMEDADES INDUCIDAS POR LA NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS Efecto de la nutrición en las enfermedades: No significativo Significativo Plantas tolerantes o de moderada resistencia Plantas altamente resistentes o altamente susceptibles

50 ¡Nutrición tomada en serio!
Importancia de los nutrientes en las plantas DESAFIO NUTRICIONAL ¡Nutrición tomada en serio! Monte A:70 ton/ha Monte B:10 ton/ha Contrastes de tecnología: montes frutales de de 7 años, naranja Valencia, injertada en limón Cravo, irrigados, etc.

51 Outros elementos químicos de interesse na nutrición vegetal
Elementos benéficos Son elementos que presentan aspectos benéficos para el crecimiento de ciertas plantas, aunque no sean esenciales

52 PREGUNTAS