Relación Suelo – Planta Ciclos de Nutrimentos

Presentación del tema: "Relación Suelo – Planta Ciclos de Nutrimentos"— Transcripción de la presentación:

1 Relación Suelo – Planta Ciclos de Nutrimentos
Gilberto Cabalceta Aguilar Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica

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3 Calcio y Magnesio Componentes del Ca y Mg
Total en suelos: Ca: 0.15 a 1.5% (7.50 a 75 cmol(+)/L) Mg: 0.10 a 1.0% (8.30 a 83 cmol(+)/L) Corteza terrestre: % de Ca y 1.95% de Mg Requerimientos nutricionales: Ca: 20–180 kg/ha Mg: kg/ha Promedio foliar: 1.5% de Ca y 0.4% de Mg (1Mg/3Ca) Componentes del Ca y Mg 1. Fracción soluble de Ca y Mg Centro de la dinámica nutricional, Ca: 3-50 mg/L (20-50% total) Mg: 1-10 mg/L (6-10% total) Susceptibles de perderse por lixiviación

4 NC: 4 y 1 cmol(+)/L de Ca y Mg, respectivamente
Componentes del Ca y Mg 2. Ca y Mg intercambiable Equilibrio con fracción soluble por intercambio iónico Interceptación radical por parte de las plantas 18 a 80% del total es Ca (principal) 1 a 12% del total es Mg Relación inversa Ca-Al Costa Rica: 35% suelos agrícolas deficientes Ca y Mg NC: 4 y 1 cmol(+)/L de Ca y Mg, respectivamente Esta fracción + la soluble es la que se analiza

5 Componentes del Ca y Mg % saturación de 65% Ca y 10% Mg
Pastos: <25% Ca y <6% Mg, ambos foliar es bajo Encalado, M.O: aumenta fracción intercambiable y disponible en suelos de carga variable (AND y ULT) Interacciones: Ca, Mg, K Antagonismo: uno afecta al otro: + Ca y/o Mg  < K foliar Sinergismo: uno estimula al otro: Ca-Mg (antag. o sinerg.) Relaciones o cocientes Ca/Mg = 2 – Mg/K = 2.5 – 15 Ca/K = 5 – Ca+Mg/K = 10 – 40 Utilizar como criterio de interpretación, no de dosificación

6 Componentes del Ca y Mg 3. Ca y Mg orgánicos Fracción menos estudiada
Baja absorción de Ca y Mg, poca influencia de la M.O. Mineralización rápida, aporte importante al suelo 4. Ca y Mg nativos Forma estructural del elemento Meteorización y solubilización Fracción de muy lenta disponibilidad Fracción mayor corteza terrestre: 4.2% Ca y 1.95% Mg Ca: calizas, feldespatos, piroxenos, anfiboles, micas, calcita, dolomita, yeso, anhidrita, apatita. Mg: olivino, biotita, piroxenos, anfiboles, vermiculita, ilita, montmorillonita, clorita, dolomita, magnesita

7 Suelos deficientes aplicar fuentes gruesas
Entradas de Ca y Mg al suelo Aplicación de fertilizantes y enmiendas Tamaño de partículas pH Composición química Proveniente de solubilización de material parental Suelos deficientes aplicar fuentes gruesas Pérdidas de Ca y Mg Lixiviación  solubilización (H y Al)  acidificación 1aB  CICE % saturación de acidez  [Al Int.]  Saturación de bases  CIA  Disponibilidad Ca, Mg, P y Mo Toxicidad de Al y Mn

8 Pérdidas de Ca y Mg Lisímetros: Suelo desnudo: 1.0 t/ha/año de Ca
Suelo cubierto: 0.7 t/ha/año de Ca Las pérdidas de Mg son menores Contrarrestar pérdidas Aplicación de materia orgánica  + CICE Fertilización fraccionada Erosión: eólica y/o hídrica

9 Potasio Componentes del K Total suelos: 0.04 a 3% 8% suelos salinos
Corteza terrestre: 2.5% (rocas ígneas) Requerimientos nutricionales: 50–700 kg/ha de K Cultivos: papa, banano, caña de azúcar, tomate, flores, órganos de acumulación, requieren mucho K Promedio foliar: 3% de K (ámbito 0.4 – 11.5) Componentes del K 1. K soluble (0.1 – 0.2% del K-total) Centro de la dinámica nutricional: 0.1 y 100 mg/L 10-30% total cationes en solución: óptimo: 20 – 40% Susceptible a perderse por lixiviación: 5 – 250 kg/ha/año

10 Componentes del K 2. K intercambiable (2 – 8% del K-total)
Representa la reserva más grande de K En equilibrio con fracción soluble por intercambio iónico Análisis: Intercambiable + Soluble: NC = 0.2 cmol(+)/L Menos 2.5% K intercambiable  respuesta fertilización % saturación de K en CICE: 2.5 – 5% 3. K no intercambiable Fijado entre capas de tetraedros de micas y cavidades hexagonales de ciertos minerales Liberado lentamente por meteorización Pérdidas K intercambiable restituye K no intercambiable Extracción con HNO3 1N (buena correlación con foliar)

11 Componentes del K 4. K estructural (90 – 98% del K-total)
Estructuras minerales primarios y secundarios Fracción más grande de K Muy poco disponible: meteorización, feldespatos y micas Acción a muy largo plazo 5. K orgánico Comportamiento mineral Presencia alta en abonos o residuos orgánicos por ser muy concentrado en tejidos No es estructural y pasa a ser disponible muy rápido, como en la tumba y quema

12 Procesos del K a. Intercambio iónico
Intensidad (I): actividad iónica en solución suelo Capacidad (Q): reserva total en fase sólida y la capacidad de reponer iones a la solución Factor Q/I b. Restitución de K K se libera de formas no intercambiables, para restituir lo absorbido por cultivos o lixiviado La fertilización con K disminuye la liberación del K no intercambiable

13 Procesos del K c.Fijación
K intercambiable y en solución pasan a no intercambiables en espacios interlaminares de arcillas 2:1 Depende de: Tipo de arcilla (Ilita > Vermiculita > Montmorillonita) pH Secado y humedecimiento Cantidad de K en solución Cantidad de K aplicado

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15 Nitrógeno

16 Nitrógeno Componentes del N
Total suelos: 0.02 a 0.4 (ámbito 0.05 a 4.71%) 98% N litosfera un % en suelos Requerimientos nutricionales: 100–650 kg/ha de N Promedio foliar: 3% (ámbito 1 a 6.5%) Componentes del N 1. N orgánico ( % N total) 20 – 40% aminoácidos 5 – 10% azúcares N-restos de vegetales y animales N-humus N-organominerales N-inmovilizado

17 Componentes del N 2. N inorgánico (5 - 15% N total)
Óxido nitroso (N2O) Óxido nítrico (NO) Dióxido de nitrógeno (NO2) Amoníaco (NH3) cantidades mínimas Amonio (NH4+) Nitrito (NO2-) Nitrato (NO3-) Taranakitas (fosfato amónico-ferroalumínico)

18 Componentes del N-inorgánico
a. Fracción soluble: N inorgánico proveniente del N org. NH4+ y NO3- (2% total) b. Fracción intercambiable: principalmente NH4+ (2% total) c. Fracción de NH4+ nativo: fijado entre láminas (3–13%) Entre ellas ocurre: Intercambio iónico Fijación Solubilización Nítrica y amoniacal en solución del suelo: nitrificación

19 Mineralización N-orgánico se transforma a inorgánico: NH4+ y NO3+
1. Aminización: proteínas a aminas 2. Amonificación: aminas a amonio 3. Nitrificación: amonio  nitrito  nitrato Anualmente se mineraliza 1-2% del N total Factores que la afectan pH, temperatura, aireación, humedad, adición materiales orgánicos, relación C/N (<20 favorece), taninos, tipo de arcilla, manejo

20 Amonificación Transformación de sustancias orgánicas en amonio
Aminización y amonificación juntas: sustancias orgánicas a amonio Aminización: macromoléculas de proteínas, Ac. nucleicos, son depolimerizados por enzimas proteolíticas a AA Actúan: Bacillus y Pseudomonas (aeróbicas), Clostridium (anaeróbica) y hongos heterótrofos Amonificación de aminoácidos es bioquímica por desaminación y descarboxilación para formar amonio

21 Nitrificación Formación biológica de nitratos a partir de N reducido
Bacterias quimioautotróficas obligatorias exclusivamente aeróbicas Actúan: Nitrosomonas y Nitrobacter NH O nitrosomonas  NO H2O NO ½O2- nitrobacter  NO3- 2NH O2- =========== NO H2O ============================================= NH O =========== NO3- + 2H+ + H2O

22 Nitrificación Se produce a ºC, pH ligeramente ácido, humedad intermedia Proceso oxidativo: O2 como oxidante Condición reductante se inhibe proceso: se acumula NH4+ Plantas absorben NH4+ y NO3-, se reduce el NO3- para incorporarlo a estructuras nitrogenadas Plantas solo acumulan NO3-, NH4+ si se acumula es tóxico NH4+ (N-reducido) se absorbe si hay estructuras carbonadas para convertirse en aminoácidos Si no es así, mejor absorbe NO3- (N-oxidado) aunque invierta energía para reducirlas en aminas

23 Nitrificación Desventajas de transformación de amonio a nitratos
Anión poco retenido (lixivia) Denitrificación (pérdida gaseosa) se produce por NO3- Nitrificación genera acidez y se puede autoinhibir (pH) Nitrato en aguas es dañina  eutroficación (sobrepoblación microorg., agotan O2 y muerte de otros) Más de 10 mg/L NO3- en aguas, peligroso salud animal Nitrito puede reaccionar con aminas  nitrosaminas que son cancerígenas y mutagénicas Diciandiamida (DCD, comercial Didin): bacteriostático a nitrosomonas (condición estática sin matarla), en suelos inundados o texturas gruesas y alta precipitación

24 Fluctuación estacional de nitratos
Acumulación estacional lenta de NO3- en capa arable en época seca Nitrificación desde 15 a 80 bares tensión de agua Aumento grande pero de poca duración al principio de la estación lluviosa (23 a 121 kg/ha de N) a. Mineralización aumenta con lluvias b. Poblaciones microbianas + activas y se reproducen c. C/N baja, C se descompone más que N d. Mineralización N mayor, con relaciones C/N bajas e. Microorganismos muertos dan sustrato que estimula

25 Inmovilización Proceso mediante el cual los microorganismos absorben N inorgánico lo incorporan dentro de su estructura, y lo inmovilizan temporalmente Los microorganismos hacen uso de NO3- y NH4+ (más de fuentes amoniacales) Alto contenido de fuentes de C de fácil disponibilidad determina alta inmovilización Relación C/N mayor de 30 en residuos aplicados inducen inmovilización Aplicar fuentes amoniacales junto con residuos desbalanceados reduce inmovilización  + mineralización

26 Fijación biológica de N
Asimilación de N elemental por formas vivientes en el suelo que conduce a un aumento de N orgánico del suelo Fijación simbiótica: Rhizobium con leguminosas: Phaseolus, Glycine, Leucaena, Erythrina, Arachis, Gliricidia, Desmodium, Stylosanthes. Otras plantas: -casuarinas en raíces con actinomicetes -jaules (Almus sp.) con Frankia Otros org. posiblemente en simbiosis con hojas Gramíneas forrajeras con bacterias en rizosfera Paspalum notatum con Azotobacter Digitaria decumbens (pangola) con Spirillum Afecta: pH, humedad, temperatura, aireación, P, B, Mo, etc.

27 Fijación biológica de N
Fijación asimbiótica: microorganismos libres Heterótrofos aeróbicos: Azotobacter, Beijerinckia y Derxia Heterótrofos anaeróbicos:Clostridium Autotróficos: algas azul-verdosas (Anabaena, Nostoc), en follaje, hojarasca, suelo, rizosfera Valores bajos: 1 a 2 kg/ha/año Valores altos: 20 a 40 kg/ha/año Ámbito: 2 a 10 kg/ha/año Simbiosis helecho-alga en arroz inundado: Hojas helecho Azolla y el alga anabaena: 300 kg/ha/año Como abono verde incorporado antes de sembrar

28 Pérdidas de N Lixiviación: importante en nitratos, pero hay en amonio a. Textura, tipo arcilla, pluviosidad, tipo fertilizante b. Suelos volcánicos < pérdida de NO3-, por alofana y materia orgánica (intercambio aniónico) c. 4to mes de aplicado abono, NO3- a 90 cm y al 3ero con lluvias ya establecidas d. Disminución a la mitad en capa superficial a 2½ meses después de aplicado en Turrialba Denitrificación: procesos biológicos que reducen NO3- Constituye la forma de respiración de algunos microorganismos anaerobios facultativos, que usan el O2 como receptor del H+, pero cuando no está presente pueden usar NO3- y nitrito como sustitutos

29 Pérdidas de N Bacterias denitrificantes
Heterótrofas (Pseudomonas denitrificans) Autótrofas (Thiobacillus denitrificans) +4H+ +4H+ +2H+ 2NO3- 2NO2- N2O2= N2O N2 -2H2O -2H2O -H2O -2O- Pérdidas entre 0 – 70%, ámbito 10 a 30% Volatilización: pérdidas de NH4+ en forma de gas (NH3) *pH > 7 *CIC baja * T *CaCO3 *25% de capacidad de retención de agua Pérdida: hasta 50% de la aplicación (5-20%) Amonio anhidro, urea, carbamato de amonio: + susceptibles (incorporar)

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31 Fósforo Contenido total Elemento nutritivo importante de los trópicos
Estable No se pierde por lavado ni por lixiviación Se fija fácilmente Contenido total Determinado por: Tipo de roca parental presente Grado de desarrollo de los suelos P-total: suelos viejos < 200 mg/L (OX, ULT, ALF) 1000 a 3000 mg/L AND 20 a 90 mg/L ERT Contenido de materia orgánica Textura Profundidad

32 Componentes 1. POrgánico (20 - 50% del P-total, rango 3 a 90%)
Fuente principal de P en la agricultura sin fertilizantes Se abastece de restos de vegetales y animales Microorganismos inmovilizan el poquísimo P disponible Microorganismos lo solubilizan con sus ácidos y luego se desgasta mediante mineralización 2. PInorgánico: Se diferencian tres fracciones: Fosfatos nativos o precipitados Fosfatos adsorbidos al complejo coloidal Fosfatos solubles en la solución del suelo

33 Extremos de pH favorecen la fijación
Adsorción, fijación y precipitación La fijación consiste en la transformación de fosfatos monocálcicos solubles (superfosfatos) en fosfatos menos solubles de Ca, Al o Fe. Al disolverse un gránulo de superfosfato triple se forma una solución de ácido fosfórico de pH:1,8 que reacciona con los diferentes cationes existentes en la solución del suelo. Extremos de pH favorecen la fijación La fijación estará determinada por: a. La mineralogía y cantidad de arcillas, la cantidad de coloides amorfos Al y Fe intercambiables. b. Ca intercambiable c. Materia orgánica

34 Reacciones de fijación más comunes
Precipitación mediante iones Fe, Al y Mn solubles (suelos ácidos), y iones Ca (suelos - básicos). Rx. bastante rápida: Al3+ +H2PO4- + H2O 2H+ + H2PO4(OH)2Al (insoluble) Fijación mediante óxidos hidratados, al reaccionar el ión fosfato con óxidos hidratados insolubles, como limonita y goetita: Al(OH)3 + H2PO4+ Al(OH)2H2PO4 + OH- (soluble) (insoluble)

35 Reacciones de fijación más comunes
Adsorción directa del ion fosfato al complejo coloidal: Suelo]-2OH + H2PO4- Suelo]-2H2PO4 +2OH- Adsorción a través de un “puente” con un catión de intercambio suelo]-Ca-H2PO4 Suelo]-Ca + H2PO4- Mineralización A partir de los compuestos polimeralizados (nucleoproteínas) se forman compuestos + simples (proteínas, ácidos nucleicos) y luego, por acción de los microorganismos, se libera H3PO4

36 Mineralización Interacción
Tasa de mineralización está condicionada por: pH Contenido de materia orgánica Microorganismos Humedad Temperatura La adición de glucosa y la práctica de encalado aceleran la mineralización al mejorar de manera general, la condición de desarrollo de los microorganismos Interacción Solubilización de los fosfatos nativos o precipitados por la acción de los ácidos que los microorganismos liberan

37 Asociación con micorrizas
Asociación de ciertos hongos con raíces facilita el uso de formas de P poco disponibles, por parte de las plantas Entradas Deposición de restos orgánicos Solubilización de fertilizantes Excreción (planta al absorber nutrimentos excreta H2PO4- Absorción por las plantas Usan iones de fosfato (acumula 2000 mg/L en tejidos) El P se mueve hasta la planta por difusión Requerimientos de la planta son bajos: 10 kg/ha bajo rendimiento, 14 a 40 kg altos PROBLEMA: Insolubilidad en el suelo