Aspectos Básicos del Manejo de Azufre, Calcio, y Magnesio Dr. Armando Tasistro IPNI-México y América Central atasistro@ipni.net

Temario Azufre Ciclo del S Formas en plantas Funciones en plantas Síntomas de deficiencia Formas en el suelo Fuentes de S Análisis de S en suelo

Calcio Ciclo del Ca Formas en plantas Funciones en plantas Disponibilidad Fuentes

Relaciones entre cationes básicos - “el suelo ideal” Magnesio Ciclo del Mg Formas en las plantas Funciones en las plantas Mg en el suelo Fuentes Relaciones entre cationes básicos - “el suelo ideal”

Azufre

Deficiencia más generalizada Abandono de fertilizantes que aportaban S sulfato de amonio superfosfato simple Quema de residuos

SO2 antropogénico y natural Ciclo del S SO4-2  SO2 SO2 SO2 antropogénico y natural quemas volatilización S en la planta Fertilizantes Estiércol Residuos de plantas SO4-2 Materia orgánica Havlin et al. (2005): p. 220 SO4-2 en solución del suelo mineralización SO4-2  S0  S-2 SO4-2 adsorbido o lábil inmovilización lixiviación

Formas en plantas Tomado principalmente como SO4-2 Reducido a -S-S y –SH Concentraciones en plantas: 0.1 - 0.5% Havlin et al. (2005): p. 219

Funciones en plantas 90% en proteínas cistina, cisteína, y metionina configuración de enzimas enlaces -S-S- déficit de S  acumulación de N no-proteico (NH2 y NO3-) síntesis de coenzima A, clorofila www.britannica.com Havlin et al. (2005): p. 220 www.nature.com

Síntomas de deficiencia Inmóvil en simplasto Síntomas visibles en hojas nuevas

Maíz normal Clorosis amarilla generalizada; nervaduras comúnmente no prominentes o si lo son sólo en la mitad basal de la hoja

Maíz S

Maíz S - S

Maíz S

Cereales de grano pequeño trigo cebada

Crucíferas repollo canola

Formas en el suelo

SO2 antropogénico y natural Ciclo del S SO2 antropogénico y natural SO4-2  SO2 SO2 quemas volatilización S en la planta Fertilizantes Estiércol Residuos de plantas SO4-2 Materia orgánica Havlin et al. (2005): p. 220 mineralización SO4-2 en solución del suelo SO4-2  S0  S-2 inmovilización SO4-2 adsorbido o lábil lixiviación

SO4-2 en solución Movimiento a raíces por difusión y flujo masal Havlin et al. (2005): p. 223

SO4-2 en subsuelo puede ser mayor que en capa arable Deficiencia puede desaparecer cuando las raíces llegan adonde hay SO4-2 acumulado www.learner.org SO4-2 Havlin et al. (2005): p. 223

Adsorción de SO4-2 Contrarresta tendencia a alta movilidad Factores determinantes tipo y cantidad de arcilla óxidos de Fe y Al materia orgánica pH competencia con otros aniones alófana>caolinita>mica>montmorillonita Havlin et al. (2005): p. 223-224  MO  adsorción  pH  adsorción H2PO4- > SO4-2

FeS2 + H2O + 31/2 O2  Fe+2 + 2SO4-2 + 2H+ atmósfera  ANAEROBIOSIS descomposición de MO SO4-2 aplicado H2S + Fe  FeS2 (pirita) Havlin et al. (2005): p. 224

Oxidación de S elemental CO2 + So + 21/2 O2 + 2H2O  CH2O + 2SO4-2 + 2H+ Condiciones favorables 25 a 40oC humedad del suelo  capacidad de campo Thiobacillus Havlin et al. (2005): p. 225

S orgánico Fracciones sulfatos ésteres S enlazado a C Suelos bien drenados, no calcáreos: C: N: S en MO  120: 10: 1.4 Fracciones sulfatos ésteres enlaces C-O-S más lábiles que S enlazado a C  30-60% del Sorg S enlazado a C  30-40% del Sorg aminoácidos con S  10-20% del Sorg Havlin et al. (2005): p. 226-227 Camberato y Pan (2012): p 11-51

Mineralización-Inmovilización Orgánico Inorgánico aminoácido + 2H2O S-2 + CO2 + NH4+ S-2  So + 11/2 O2 + H2O  SO4-2 + 2H+ inmovilización O2 heterótrofos Havlin et al. (2005): p. 227 principal aporte de S para las plantas  2 a 15 kg S-SO4-2 /ha/año mineralizado de Sorg

Factores que afectan mineralización/inmovilización de s

Relación C: S en el residuo del cultivo 1. Contenido de S en MO Relación C: S en el residuo del cultivo Proceso dominante  200: 1 mineralización 200 - 400 no hay cambios  400: 1 inmovilización hojas de canola C: S = 64 paja de cebada C: S = 206 testigo duración de incubación (días) SO4-2 –S (g S g-1 suelo) Wu J, O’Donnell AG, Syers JK (1993) Microbial growth and sulphur immobilization following the incorporation of plant residues into soil. Soil Biology and Biochemistry 25, 1567–1573. Havlin et al. (2005): p. 227

2. Temperatura del suelo OK Havlin et al. (2005): p. 228

3. Humedad del suelo Óptimo: 60% de capacidad de campo Cambios marcados o alternancia seco-húmedo pueden causar incrementos repentinos en el S mineralizado Havlin et al. (2005): p. 228

4. pH del suelo Mineralización aumenta con el pH, hasta pH 7.5 Havlin et al. (2005): p. 229

5. Presencia de vegetación Plantas estimulan mineralización por la mayor actividad microbiana en rizósfera Havlin et al. (2005): p. 229

6. Laboreo del suelo Suelo Condición Capa arable (ppm) Subsuelo (ppm) S orgánico SO4-2-S Ultisol Virgen 36 4.0 12 6.4 Cultivado 24 2.5 10 12.0 Oxisol 247 3.7 11 3.3 60 7.2 12.3 Sánchez (1981): p. 287

Condiciones conducentes a deficiencia de S Texturas gruesas Baja MO Uso de fertilizantes sin S Alta precipitación o riego Quema de residuos Relaciones C: S o N:S altas Havlin et al. (2005): p. 230

fuentes de s

1. Atmósfera Lluvia con  1 ppm de S puede aportar  10 kg S/ha/año en.wikipedia.org SO2 SO4-2 Havlin et al. (2005): p. 230

2. Agua de riego Con  5 ppm SO4-2 en el agua  posible respuesta a la aplicación de S Havlin et al. (2005): p. 230

3. Fuentes orgánicas S en desechos orgánicos: 0.2 a 1.5% 20 t/ha = 40 a 300 kg S Havlin et al. (2005): p. 230

4. S inorgánico Con uso apropiado las fuentes tienen eficacias similares Havlin et al. (2005): p. 230

Contenido de nutrientes (%) Material Fórmula Contenido de nutrientes (%) N P2O5 K2O S Otro polisulfuro de amonio NH4Sx 20 - 45 sulfato de amonio (NH4)2SO4 21 24 tiosulfato de amonio (NH4)2S2O3 12 26 polisulfuro de calcio CaSx 22 6 (Ca) tiosulfato de calcio CaS2O3 10 sulfato ferroso FeSO4.H2O 19 33 (Fe) yeso CaSO4.2H2O 24 (Ca) sulfato de magnesio MgSO4.7H2O 13 10 (Mg) sulfato de potasio-magnesio K2SO4.MgSO4 11 (Mg) polisulfuro de potasio KSx 23 sulfato de potasio K2SO4 50 18 tiosulfato de potasio K2S2O3 25 17 azufre So 100 azufre (granular con aditivos) 0-7 68-95 ácido sulfúrico H2SO4 33 superfosfato simple Ca(H2PO4) 2.CaSO4.2H2O 14 superfosfato triple Ca(H2PO4) 2.CaSO4..2H2O urea-azufre CO(NH2) 2+S 38 10-20 urea-ácido sulfúrico CO(NH2) 2+H2SO4 10-28 9-18 sulfato de zinc ZnSO4. H2O 36 (Zn) Havlin et al. (2005): p. 232

Fertilización con S  1/20 de la dosis de N cultivo remoción de S (kg/t) maíz para grano 1.4 frijol 8.7 cebada 1.9 papas 0.3 trigo 1.7 sorgo 1.2 JOHNSON y FIXEN, 1990: p. 268 http://www.ipni.net/article/IPNI-3296

Interacción N-S Un déficit de una unidad de S en la demanda de un cultivo  pérdida potencial de 15 unidades de N al ambiente. [Schnug and Haneklaus (2005), citados por Norton et al. (2013)] Norton, et al. (2013) Better Crops/Vol. 97, No. 2, p.11

Análisis de suelo Buscan medir Extractantes soluble en agua fácilmente intercambiable adsorbido lábil Extractantes OK en regiones secas JOHNSON y FIXEN, 1990: p. 266 OK en regiones húmedas niveles críticos 30 mg/kg 10 mg/kg

Resultados de análisis de suelos difíciles de interpretar Movilidad en suelo Reservas en subsuelo Variación en aportaciones externas internas JOHNSON y FIXEN, 1990: p. 268

Calcio

Ciclo del Ca Toma por las plantas Residuos Estiércol de plantas Havlin et al. (2005): p. 236 Materia orgánica Ca+2 en solución del suelo precipitación Minerales con Ca desorción solubilización adsorción Coloides lixiviación

Formas en plantas Ca+2 absorbido de la solución del suelo Transporte a raíces principalmente por flujo masal Dicotiledóneas, leguminosas, y crucíferas tienen mayores concentraciones (12-18 g/kg) que gramíneas (4 g/kg) Havlin et al. (2005): p. 234 Wortmann (2014): p. 33 Camberato y Pan (2012): p 11-49

Funciones en plantas Integridad de membranas celulares permeabilidad mantenimiento del contenido celular mecanismos de toma de nutrientes Regulación de enzimas -amilasa proteínas cinasas ATPasas Havlin et al. (2005): p. 234 Camberato y Pan (2012): p. 11-48

Funciones en plantas Neutralización de ácidos formados en metabolismo celular Favorece toma de NO3- Esencial para crecimiento y división celular Havlin et al. (2005): p. 234

Translocación Móvil en xilema No se mueve en floema Órganos con bajas tasas de transpiración (p. ej. hojas nuevas, frutos, tubérculos) y de transporte por el xilema más proclives a deficiencias No se mueve en floema Se requiere alrededor de raíces (especialmente próximo a punto de crecimiento) y otros órganos subterráneos Havlin et al. (2005): p. 236 Camberato y Pan (2012): p. 11-50

manzana papa apio tomate hort.uwex.edu papa Mancha amarga, acorchado o bitter pit (hoyo amargo) apio yara.us tomate

maíz

frijol caña

Disponibilidad para las plantas Concentración de Catotal 1 – 30% suelos calcáreos, regiones áridas o semiáridas 0.7 – 1.5% suelos no calcáreos, regiones templadas húmedas 0.1 – 0.3% suelos tropicales, meteorizados Havlin et al. (2005): p. 237

% de CIC saturada con Ca+2 pH menor disponibilidad en suelos ácidos CIC menor disponibilidad con CIC baja % de CIC saturada con Ca+2 suelo con baja CIC y 1,000 ppm Ca+2 intercambiable puede aportar más Ca+2 a las plantas que uno con 2,000 ppm Ca+2 pero con CIC más alta posible respuesta a Ca+2 si % de saturación de CIC con Ca+2  25% Havlin et al. (2005): p. 239

Tipo de arcilla arcillas 2:1 requieren % saturación con Ca+2 mayores que arcillas 1:1 montmorillonita  70% caolinita 40 – 50% Havlin et al. (2005): p. 239

Fuentes Cal Yeso (CaSO4.2H2O) (22% Ca) CaCO3 (40% Ca) CaMg(CO3)2 (22% Ca; 13% Mg) Yeso (CaSO4.2H2O) (22% Ca) Superfosfato triple (12 – 14% Ca) Superfosfato simple (18 – 20% Ca) Roca fosfórica (35% Ca) Nitrato de calcio (19% Ca) CaEDTA (3 – 5% Ca) estiércol (2 – 5% Ca)

magnesio

Ciclo del Mg Toma por las plantas Residuos Estiércol de plantas Havlin et al. (2005): p. 236 Materia orgánica Mg+2 en solución del suelo precipitación Minerales con Mg desorción solubilización adsorción Coloides lixiviación

Formas en plantas Mg+2 absorbido de la solución del suelo Transporte a raíces principalmente por flujo masal 2-4 g/kg con poca diferencias entre cultivos Havlin et al. (2005): p. 234 Wortmann (2014): p. 33 Camberato y Pan (2012): p 11-49

Funciones en plantas Clorofila 15-20% del Mg en plantas Estabilización de ribosomas para síntesis proteica Actividad de enzimas para fosforilación Transferencia de P desde ATP passel.unl.edu Havlin et al. (2005): p. 239

Traslocación Retraslocable en plantas Havlin et al. (2005): p. 240

Maíz

café caña frijol

algodón aguacate

Hipomagnesemia en el ganado Pastos con bajo Mg Suelos con bajo Mg Dosis altas de NH4+ o K+ Havlin et al. (2005): p. 240

Mg en el suelo Concentración de Mgtotal 4% suelos con texturas finas, regiones secas 0.1% suelos arenosos, regiones húmedas Havlin et al. (2005): p. 240

Potencial de lixiviación Aumenta con Disminuye con Contenido de Mg en suelo Movimiento de agua Aplicación de K Aplicación de Ca Toma por plantas

Alta probabilidad de deficiencia Suelos arenosos, bajo pH, regiones húmedas Suelos ácidos tratados con dosis altas de cal sin Mg Suelos calcáreos con bajo Mg Alta fertilización con NH4+ o K+ Cultivos con alta demanda de Mg Havlin et al. (2005): p. 240

Fuentes Aplicaciones al suelo Aplicaciones foliares CaMg(CO3)2 (22% Ca, 13% Mg) K2SO4·2MgSO4 (langbeinita) 21-22% K2O; 10-11% Mg; 21-22% S MgSO4·H2O (kieserita) 15-16% Mg; 20-22% S MgSO4·7H2O (sales Epson) 10% Mg MgCl2·10H2O 8-9% Mg Mg(NO3)2 16% Mg Camberati y Pan (2012): p. 11-48 Havlin et al. (2005): p. 241

Relaciones entre cationes básicos - “el suelo ideal”

Recomendaciones de K, Ca, Mg Nivel de suficiencia de nutrientes disponibles Relación de saturación de cationes básicos necesidades de la planta nivel crítico necesidades del suelo relación balanceada de cationes con relación a la CIC del suelo nutriente rango de niveles críticos (cmolc kg-1) Ca 0.5 – 1.5 Mg 0.2 – 0.3 K 0.2 – 0.5 Kopittke y Menzies, (2007) nutriente rango de saturación de la CIC (%) Ca 65 - 85 Mg 6 - 12 K 2 - 5 (Graham, 1959)

Un poco de historia… 1945 – Bear et al. (New Jersey, alfalfa, invernadero) tentativamente, “suelo ideal”, % de CIC ocupada por: Ca 65%, Mg 10%, K 5%, H 20%, ¿origen de estos valores? Esos % implican Ca/Mg = 6.5: 1 (65% de Ca / 10% de Mg) Ca/K = 13: 1 Mg/K = 2: 1 Ca/H = 3.25: 1 Kopittke y Menzies, (2007)

Los % han ido variando 1959 – Graham (Missouri): 65 – 85% Ca, 6 – 12% Mg, 2 – 5% K Relaciones implícitas: Ca/Mg = 5.4: 1 – 14.2: 1 Ca/K = 13: 1 – 42.5: 1 Mg/K = 1.2: 1 – 6: 1 65% Ca/ 12% Mg 85% Ca/ 6% Mg Kopittke y Menzies, (2007)

1975, Albrecht (Missouri), “suelo balanceado” 60 – 75% Ca, 10 – 20% Mg, 2 – 5% K, Na 0.5 – 5%, 10% H, otros cationes 5% origen exacto de datos no claro Kopittke y Menzies, (2007)

Derivaciones Muchos consideran que el crecimiento óptimo de las plantas se va a dar solamente cuando el suelo tiene las relaciones balanceadas o ideales entre los cationes especificadas No hay evidencias científicas suficientes Kopittke y Menzies, (2007)

rendimiento relativo (%) peso seco relativo (%) mijo alfalfa rendimiento relativo (%) bajo P alto P Kopittke y Menzies, (2007) relación Ca/Mg relación Ca/Mg

Curvas límite preliminares – Datos de La Frailesca (Chiapas, México)

Recomendaciones No parecen haber bases científicas sólidas para recomendar el uso de relaciones “ideales” entre cationes básicos en las recomendaciones de fertilización Asegurar disponibilidad de cationes básicos en base a valores críticos, y % de la CIC ocupada

Referencias Camberato, J. y W. L. Pan. 2012. Bioavailability of Calcium, Magnesium, Sulfur, and Silicon. In (Pan Ming Huang, Yuncong Li, y Malcolm E. Sumner, Eds.) Handbook of Soil Sciences, Resource Management and Environmental Impacts. Second Edition. p 11:47 – 11:61. Havlin, J.L., J. D. Beaton, S. L. Tisdale, and W. L. Nelson. 2005. Soil Fertility and Fertilizers. 7th Edition. Pearson-Prentice Hall. 515 p. Johnson, G. V., and Fixen, P. E. (1990). Testing Soils for Sulfur, Boron, Molybdenum, and Chlorine. In "Soil Testing and Plant Analysis", pp. 265-274. SSSA. Kopittke, P. M., and Menzies, N. W. (2007). A Review of the Use of the Basic Cation Saturation Ratio and the “Ideal” Soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 71, 259-265. Norton, R., R. Mikkelsen and T. Jensen. 2013. Sulfur for Plant Nutrition. Better Crops, 97 (2): 10-12 Sánchez, P. 1981. Suelos del Trópico. Características y Manejo. IICA. Wortmann, C. 2014. Calcium and Magnesium. In (Shaver, T.M., ed.) Nutrient Management for Agronomic Crops in Nebraska. Chapter 4.