Ciclos de nutrimentos: N, K, Ca y Mg

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1 Ciclos de nutrimentos: N, K, Ca y Mg
Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica

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4 Calcio y Magnesio Concentración en suelos:
Ca: 0,15% a 1,5% (7,50 a 75 cmol(+) L-1) Mg: 0,10% a 1,0% (8,30 a 83 cmol(+) L-1) Corteza terrestre: Ca: 4,20 % Mg: 1.95 % Requerimiento nutricionales: Ca: 20 – 180 kg ha-1 Mg: 20 – 60 kg ha-1 Promedio foliar: Ca: 1,5% Mg: 0,4% Razón: 1 Mg : 3 Ca.

5 Componentes del Ca y Mg 1) Fracción soluble de Ca y Mg.
2) Ca y Mg intercambiable. 3) Ca y Mg orgánicos. 4) Ca y Mg Nativos. Piroxeno

6 Componentes del Ca y Mg 1) Fracción soluble de Ca y Mg.
Centro de dinámica nutricional. Ca: 3 – 50 mg L-1 (20 – 50 % total). Mg: 1 – 10 mg L-1 (6 – 10 % total). Susceptibles de perderse por lixiviación.

7 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 CR: 23% de los suelos agrícolas son deficientes de Ca y Mg. NC: 4 y 1 cmol(+) L-1 de Ca y Mg, respectivamente. Esta fracción + la soluble es la que se analiza.

8 Componentes del Ca y Mg 2) Ca y Mg intercambiable.
% Saturación de 65% Ca y 10% Mg Pastos: < 25% Ca y < 6% Mg, ambos foliar es bajo. Encalado, M.O: Aumentan la facción intercambiable y disponible en suelo de carga variable (And y Ult). Interacciones: Ca: Mg: K. Antagonismo: Uno afecta al otro: +Ca y/o Mg ↔ < K foliar. Sinergismo: Uno estimula a otro: Ca – Mg (Anta. O Sinerg.) Relaciones o Cocientes: Se utiliza como criterio de interpretación, no de dosificación. Ca/Mg = 2 – 5 Ca/K = Mg/K = 2 – 5 Ca + Mg/K =

9 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.

10 Componentes del Ca y Mg 4) Ca y Mg Nativos. Piroxeno
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, calcitas, dolomita, yeso, anhidrita, apatita. Mg: Olivino, biotita, piroxenos, anfíboles, vermiculita, ilita, montmorillonita, clorita, dolomita, magnesita.

11 Entradas del Ca y Mg al suelo
Fertilizantes y enmiendas Tamaño partícula pH Composición química Aplicación de fertilizantes y enmiendas. Proveniente de solubilización de material parental. Suelos deficientes aplicar fuentes gruesas.

12 Pérdidas del Ca y Mg al suelo
Lixiviación Solubilización (H y Al) Acidificación CIA Toxicidad de Al y Mn Disponibilidad Ca, Mg, P y Mo % Sat. Acidez CICE Al intercambiable Sat. de bases

13 Pérdidas del Ca y Mg al suelo
Suelo desnudo: 1,1 t ha-1 año de Ca. Suelo cubierto: 0,7 t ha-1 año de Ca. Las pérdidas de Mg son menores. Lisímetros Aplicación de materia orgánica (incrementa CICE). Fertilización fraccionada. Contrarrestar pérdidas Eólica Hídrica Erosión

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15 Concentración en suelos:
K: 0,04% a 3% Corteza terrestre: K: 2,5 % (rocas ígneas) Requerimiento nutricionales: K: 50 – 700 kg ha-1 papa, banano, caña de azúcar, tomate, Flores, órganos de acumulación, Requieren mucho K. Promedio foliar: K: 3% Ámbito: 0,4 – 11,5%.

16 Componentes del K 1) Fracción soluble de K. 2) K intercambiable.
3) K no intercambiable. 4) K estructural 5) K orgánico

17 Componentes del K 1) Fracción soluble de K.
Centro de dinámica nutricional. K: 0,1 – 100 mg L-1. 10 – 30% total cationes en solución. Óptimo: 20 – 40%. Susceptibles de perderse por lixiviación. 5 – 250 kg ha-1 año-1.

18 Componentes del K 2) K intercambiable (2 – 8% del K total).
Representa la reserva más grande K. En equilibrio con fracción soluble por intercambio iónico. Análisis: Intercambiable + Soluble: NC = 0,2 cmol(+) L-1. 1 Menos 2,5% K intercambiable → respuesta fertilización. % Saturación de K en CICE: 2,5 – 5%

19 Componentes del K 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 K foliar).

20 Componentes del K 3) 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.

21 Componentes del K 3) K orgánico. Comportamiento mineral.
Presencia alta en abonos o residuos orgánicos por ser muy concentrado en tejidos. No es estructural y para a ser disponible muy rápido, como en la tumba y quema.

22 Procesos del K A) Intercambio iónico. B) Restitución de K.
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.

23 Procesos del K C) Fijación.
K intercambiable y en solución pasa a no intercambiables en espacios interpaginares 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.

24 Nitrógeno

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26 Nitrógeno

27 Nitrógeno Concentración en suelos: N: 0,02 a 0,4 (ámbito 0,05 a 4,71%)
Litosfera: N: 98% 0,00014% en suelos Requerimiento nutricionales: N: 100 – 650 kg ha-1 Promedio foliar: N: 3% Ámbito: 1 – 6,5%.

28 Componentes de N 1) N orgánico. 2) N inorgánico. a) Fracción soluble.
b) Fracción intercambiable c) Fracción de NH4+ nativo.

29 Componentes de N 1) N orgánico (85 – 95% N total).
20 – 40 % aminoácidos. 5 – 10% azúcares. N – restos de vegetales y animales. N – humus. N – organominerales. N – inmovilizado.

30 Componentes de 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).

31 Componentes de N-inorgánico
a) Fracción soluble. N inorgánico proveniente del N orgánico NH4+ y NO3- (2% total) Entre ellos ocurre: Intercambio iónico Fijación Solubilización b) Fracción intercambiable. Principalmente NH4+ (2% total). c) Fracción de NH4+ nativo. Fijado entre láminas (3 – 13%) Nítrica y amoniacal en solución del suelo: Nitrificación

32 Procesos del N Aminización Proteínas aminas Amonificación Aminas
1) Mineralización N-orgánico se transforma a inorgánico: NH4+ y NO3+. Aminización Proteínas aminas Amonificación Aminas Amonio Nitrificación Nitrito Nitrato Anualmente se mineraliza 1 – 2% del N total. Factores que lo afecta pH Temperatura Aireación Humedad Adición de materiales orgánicos Reación C/N (<20 favorece) Taninos Tipo de arcilla Manejo

33 Procesos del N 2) Amonificación Actúan
Consiste en la transformación de sustancias orgánicas en amonio. a) Aminización y amonificación juntas: Sustancias orgánicas a amonio. b) Aminización: Macromoléculas de proteínas, Ac. Nucleicos, son depolimerizados por enzimas proteolíticas a A.A. La amonificación de aminoácidos es bioquímica por desaminación y descarboxilación para formar amonio. Actúan a) Bacillus (aérobicas) b) Pseudomonas (aérobicas) c) Clostridium (anaeróbicas) d) Hongos heterótrofos

34 Procesos del N 𝑁𝐻 4 + + 2𝑂 2 +𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑚𝑜𝑛𝑎𝑠 → 𝑁𝑂 2 − + 2𝐻 2 𝑂
3) Nitrificación Formación biológica de nitratos partir de N reducido. Bacterias quimioautotróficas obligatorias exclusivamente aeróbicas. Actúan: nitrosomonas y nitrobacter. 𝑁𝐻 𝑂 2 +𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑚𝑜𝑛𝑎𝑠 → 𝑁𝑂 2 − + 2𝐻 2 𝑂 𝑁𝑂 2 − 𝑂 2 − +𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 → 𝑁𝑂 3 − 2𝑁𝐻 𝑂 2 − → 2𝑁𝑂 3 − + 4𝐻 2 𝑂 𝑁𝐻 𝑂 2 − → 𝑁𝑂 3 − +2 𝐻 + + 𝐻 2 𝑂

35 Procesos del N 3) Nitrificación
Se produce a 25 – 35 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.

36 Desventajas de transformación de amonio a nitratos.
Procesos del N 3) Nitrificación Desventajas de transformación de amonio a nitratos. Anión poco retenido (lixivia). Nitrificación genera acidez y se puede autoinhibir (pH). Denitrificación (pérdidas gaseosas) se produce por NO3-. Más de 10 mg L-1 NO3- en aguas es peligroso para salud animal. Los nitrato en aguas es dañina, provoca eutroficación. eutroficación = Sobrepoblación de microorganismos, agota O2 y muerte de otros. Nitrito puede reaccionar con aminas → nitrosaminas que son cancerígenas y mutagénicas. Diciandiamidad (DCD, comercial Didin): bacteriostático a nitrosomonas (condición estática sin matarla), en suelos inundados o texturas gruesas y alta precipitación.

37 Fluctuación estacional de nitratos.
Procesos del N 3) Nitrificación 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-1 de N) Mineralización aumenta con lluvias. Poblaciones microbianas más activas y se reproducen. C/N baja, C se descompone más que N. Mineralización N mayor, con relaciones C/N bajas. Microorganismos muertos dan sustrato que estimula.

38 Procesos del N 3) Nitrificación 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.

39 Procesos del N 4) Fijación bilógica 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 poáceas (leguminosas): Phaseolus, Glycine, Leucaena, Erythrina, Arachis, Gliricidia, Desmodium, Stylosanthes. Otras plantas: Casuarinas en raíces con actinomicetes Jaules (Almus sp) con Frankia. Otros organismos: Posiblemente simbiosis con hojas. Gramíneas forrajeras con bacterias en rizosfera Paspalum notatum con Azotobacter. Digitaria decumbrens (pangola) con Spirillum. Afecta: pH, Humedad, temperatura, aireación, P, B, Mo y otros.

40 Procesos del N 4) Fijación bilógica de N
Fijación asimbiotica: microorganismo libres. Heterótrofos aeróbicos: Azotobacter, beijerinckia y derxia. Heterótrofos anaeróbicos: Clostridium. Autotróficos: algas azul-verdosas (Anabaena, Nostoc) en follaje, hojarasca, suelo, rizósfera. Valores bajos: 1 a 2 kg ha-1 año-1 Valores altos: 20 a 40 kg ha-1 año-1 Ámbito: 2 a 10 kg ha-1 año-1 Simbiosis helecho-alga en arroz inundado: Hojas helecho Azolla y el alga Anabaena: 300 kg ha-1 año-1 como abono verde incorporado antes de sembrar.

41 Procesos del N 4) Pérdidas de N
Lixiviación: importante en nitratos, pero hay en amonio. Textura, tipo arcilla, pluviosidad, tipo fertilizante. Suelos volcánicos < pérdida de NO3- , por alofana y materia orgánica (Intercambio catiónico). 4to mes de aplicado abono, NO3- a 90 cm y al 3er con lluvias ya establecidas. Disminución a la mitad en capa superficial a 2 1/2 meses después de aplicado en Turrialba. Denitrificación: procesos biológicos que reducen NO3- . Constituye la forma de respiración de algunos microorganismo anaerobios facultativos, que usan el O2 como receptor del H+, pero cuando no está presente puede usar NO3- y nitrito como sustitutos.

42 Procesos del N 2NO3- 2NO2- N2O2= N2O N2 4) Pérdidas de N
Bacterias denitrificantes. Heterótrofas (Pseudomonas denitrificans). Autrótofas ( Thiobacillus denitrigicans). +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 > *CIC baja * Temperatura *CaCO3 *25% de capacidad de retención de agua Pérdida: hasta 50% de la aplicación (5-20%) Amonio anhidro, urea, carbamato de amonio: + susceptibles (incorporar)

43 Ciclo de nutrimentos