Principios Basicos De Nutricion Vegetal

Principios básicos de la nutrición vegetal John D. Lea-Cox and Andrew G. Ristvey

College of Agriculture and Natural Resources University of Maryland College Park MD 20742

Principios básicos de la nutrición vegetal Objetivos de la charla: Objectives for this talk include:

ƒDefinir los macro y micro nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas. Define the essential macro and micronutrients necessary for plant growth

ƒDescribir las formas de los nutrimentos y el concepto de esensiabilidad. Describe the forms of nutrients and the concept of ‘Essentiality’

ƒExplicar los factores básicos que afectan la disponibilidad de nutrimentos. Explain the basic factors affecting nutrient availability

ƒIlustrar los mecanismos de disponibilidad y de absorción de nutrimentos. Illustrate the mechanisms of availability and the uptake of nutrients.

ƒCaso de estudio de fertigación A case study for integrating water and nutrient management

Qué es un nutrimento esencial para las plantas? What is an essential plant nutrient?

Von Liebeg: La ley de mínimo von Liebeg’s ‘Law of the Minimum’

El crecimiento de la planta llega hasta el limite impuesto por el factor que esta en menor disponibilidad. Plant growth progresses to the limit imposed by the factor in least supply

Qué es un nutrimento esencial para las plantas? What is an essential plant nutrient?

Todos los nutrientes necesarios para el desarrollo y reproducción, durante el ciclo de vida All the nutrients needed to carry out growth and reproductive success; full life cycle

Criterios de esensiabilidad: Arnon y Stout, 1939 The criteria for essentiality: Arnon and Stout, 1939

1.

La omisión de un elemento resulta en un crecimiento anormal. Omission of the element will result in abnormal growth

2.

Un elemento no puede ser reemplazado o sustituido. The element cannot be replaced or substituted

3.

El elemento debe ejercer un efecto directo en el crecimiento. The element must exert its effect directly on growth

Qué es un nutrimento esencial para las plantas? What is an essential plant nutrient?

Hay 17 elementos conocidos o aceptados que son esenciales para el crecimiento de las plantas. There are 17 known (accepted) elements that are essential for plant growth

• Hidrógeno, oxigeno, carbón – las plantas los obtienen del aire y del agua. Hydrogen, Oxygen, Carbon – plant gets from air and water

• Los otros 14 elementos son minerales derivados del suelo (o del aire como en el N) The other 14 are mineralized elements derived from soil (or air as in N)

• Otros elementos en estudio: sílice, cobalto, aluminio. Other nutrients being studied: Silicon, Cobalt, Aluminum

Relación entre crecimiento y concentración de nutrimentos Relationship between plant growth and nutrient concentration

• Que sucede cuando hay un bajo aporte de uno o varios nutrimentos? What happens when a nutrient or nutrients are inadequate in supply?

• Puede la concentración de un nutrimento ser muy alta? Can the concentration of a nutrient be too high?

Macro nutrimentos Micro nutrimentos

Nutrimento

%

Nitrógeno Potasio Calcio Magnesio Fósforo Azufre Cloro

1.5 1.0 0.5 0.2 0.2 0.1

Hierro Manganeso Boro Zinc Cobre Molibdeno

ppm

100 100 50 20 20 6 0.1

Formas en los que los nutrimentos existen Forms in which nutrients exist

• Catión – ión de carga positiva Cation – positively charged ion

• Anión – ión de carga negativa anion – negatively charged ion

• Neutro – sin carga Neutral – uncharged

• Las plantas usan formas mineralizas de un nutriente, independientemente de la procedencia. Plants used the mineralized from of a nutrient - It does not matter to the plant where it comes from

Cuáles nutrientes existen y en qué forma? So which nutrients exist, and in what form?

Amonio – NH4+ Potasio – K+ Calcio – Ca+2 Magnesio – Mg+2 Hierro – Fe+2, Fe+3 Zinc - Zn+2 Manganeso – Mn+2, Mn+4 Cobre – Cu+2 Cobalto – Co+2 Níquel – Ni +2

Nitrato – NO3Fosfato – H2PO4- , HPO4-2 Sulfato - SO4-2 Cloro – ClBorato - H3BO3, H2BO3-, B4O7-2 Molibdato – MoO4-2

Factores que afectan la absorción de nutrimentos Factors that affect nutrient uptake

• Acercando los nutrientes a las raíces - Los nutrientes son solubles en agua Getting nutrients to the plant roots •

Nutrients are water soluble

• Qué factores afectan la disponibilidad de nutrimentos? What factors affect nutrient availability

– pH – Capacidad de Intercambio Catiónico CIC • Coloides (humus, arcillas)

Acercando los nutrientes a las raíces Mecanismos Getting nutrients to the roots: Mechanisms for nutrient delivery

• Flujo de masas: – Movimiento pasivo de los nutrimentos en el agua del suelo a las raíces. Mass flow: the passive movement of nutrients in soil water to roots

• Difusión: – Es el movimiento de nutrientes de una zona de alta concentración a una región de baja concentración. Diffusion: the movement of nutrient from regions of high concentration to regions of low concentration

• Intercepción radical: – Contacto directo de los nutrimentos con las raíces cuando estas crecen. Root interception: direct contact of nutrients with roots as roots grow and explore soil

Acercando los nutrientes a las raíces Mecanismos Getting nutrient to the roots: Mechanisms for nutrient delivery

Cantidad estimada de nutrimentos aportados por cada mecanismo Cantidad aproximada (% de la absorción total) Nutrimento

Flujo de masas

Difusión

Interception radical

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾Propiedades químicas - pH Chemical Properties - pH

p = potencial o fuerza H = Hidrógeno • El pH y la concentración del ión hidrógeno están inversamente relacionados. pH and hydrogen ion concentration are inversely related.

• Al incrementarse el valor de pH, la concentración de H+ disminuye. As pH increases, hydrogen ion concentration decreases.

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾

Propiedades químicas – pH

Chemical Properties - pH

• En escala logarítmica, un pH de 6 tiene 10x mas H+ que el pH de 7 Logarithmic scale pH of 6 has 10x more H+ than pH 7

pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9

[H+] 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

[H+] .1 .01 .001 .0001 .00001 .000001 .0000001 .00000001 .000000001

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾

Propiedades químicas – pH

Chemical Properties - pH

El pH afecta la disponibilidad de nutrientes pH affects the availability of nutrients

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾

Propiedades químicas - pH Chemical Properties - pH

• pH afecta la disponibilidad de nutrimentos pH affects the availability of nutrients

• Grupos químicos cargados negativamente OH- o partículas húmicas algunas veces asociadas con Hierro y Aluminio en las arcillas.

H+ H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+ OH-

H+

OH-

H+

H+ H+

H+

H+ OH-

H+

pH High or Low ?

H+ H+ + + + H + H H + H H OH OH+ H H+ H+ + + H H H+

Low

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾Propiedades químicas – Capacidad de Intercambio Cationico Chemical Properties – Cation Exchange Capacity

CIC C E C •

La habilidad de un suelo o sustrato para proveer una reserva de nutrimentos. The ability of a soil or substrate to provide a nutrient reserve

•

Son todos los cationes que pueden ser adsorbidos del suelo o sustrato It is all the exchangeable cations the soil or substrate can adsorb

•

La CIC del suelo depende de los coloides y el pH The CEC of a soil depends on colloids and pH

•

Entre mayor sea la CIC de un suelo mayor es la capacidad de amortiguamiento The higher the CEC of a soil the larger the buffering capacity

Propiedades que afectan disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾ Propiedades químicas – coloides y CIC Chemical Properties – Colloids and CEC

Coloides – partículas muy pequeñas del suelo que son químicamente reactivas (cargadas) – humus, arcillas. Colloids - very small particles in soil that are chemically reactive (charged) – humus, clay

N

S

Atracción Pequeñas cargas negativas Ca++ H+ Mg++

Grandes cargas positivas ++ ++ Ca + K Mg H+

H+ Mg++

Mn++

Mn++

K

++ Ca +

Medios de cultivo – Propiedades químicas Growing Media - Chemical Properties

¾Propiedades químicas - Coloides y CIC Chemical Properties - Colloids and CEC

• El pH afecta la disponibilidad de nutrimentos • Los iones H+ compiten por cargas – ciertos iones on liberados haciéndose disponibles. Mg++ Fe++ Ca++ Fe++

OH-

OH-

Mn++ OH-

Mn++ Fe++

Mn++

OHFe++

Mg++

Fe++ OH-

Mn++

Mg++ Fe++ Ca++ Fe++

OH-

OH-

Mn++ OH-

Mn++ Fe++

Mn++

OHFe++

Mg++

Fe++ OH-

Mn++

H+ Fe++

H+

Fe++ ++ H+ Ca

H+

OH-

Mn++ H+

Mn++ H+

H+ H+ OH-

H+ Mn++ H+

pH ≈ 5.8

H+ H+ OH+ H+ Mn++ H+ H + H Mn++ Fe++ OH+ Ca++ H+ OHH + H + H + H Mn++ Fe++ H+

Propiedades que afectan la disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾ Propiedades químicas – Capacidad de Intercambio Catiónico Aniones

Cationes • • • • • • • • •

amonio – NH4+ potasio – K+ calcio – Ca+2 magnesio – Mg+2 Hierro – Fe+2, Fe+3 zinc - Zn+2 manganeso Mn+2, Mn+4 cobre – Cu+2 cobalto – Co+2

• • • • • •

nitrato – NO3fosfatos – H2PO4-HPO4-2 sulfato - SO4-2 cloro – Clborato - H3BO3, H2BO3-, B4O7-2 molibdato – MoO4-2

Properties Affecting Nutrient Availability ¾ Chemical Properties – Cation Exchange Capacity The ability of a soil or substrate to provide a nutrient reserve Type of Soil Colloid

Cation Exchange Capacity (cmolc / kg of colloid)

humus vermiculite

100-300

montmorillonite illite iron oxides

60-120

120-150 15-40 0-3*

Propiedades que afectan la disponibilidad de nutrimentos Properties Affecting Nutrient Availability

¾ Propiedades químicas – Capacidad de Intercambio Catiónico La habilidad de un suelo o sustrato para proveer una reserva de nutrimentos The ability of a soil or substrate to provide a nutrient reserve

Tipos de coloides del suelo

Capacidad de intercambio catiónico (cmolc/kg of coloide)

humus vermiculite

100-300

montmorillonite

60-120

illite iron oxides

15-40

120-150

0-3*

Formas nutricionales: orgánicas o inorgánicas Nutrient Form:inorganic or Inorganic?

• Las plantas usan las formas mineralizadas de un nutrimento. – La planta no discrimina de donde el tipo de nutrimento, todos son absorbidos en forma mineral. Plants use the mineralized form of a nutrient It does not matter to the plant where the nutrient comes from, as all nutrients taken up are in a mineralized form.

• Sin embargo la adición de materias orgánica o compost al suelo ayuda a una mayor disponibilidad de nutrimentos. However adding composted organic matter to your soil will aid in nutrient availability

Qué hay en el saco What’s on the Bag

N-P-K 10#–-10 # -–#10 N – P2O5 – K2O 1.00 – 0.44 – 0.83 N

–

P

–

K

Las principales funciones – N y P The Major Players – N and P

• Nitrógeno – NO3- N y NH4+-N o urea

• Fósforo – H2PO4--P a pH de 5.0 a 6.5

Las principales funciones – N y P The Major Players – N and P

• Nitrógeno – NO3- N y NH4+-N or urea

NO3-

nitrato

¾Absorbidos por la planta pasiva y activamente Taken up by plants passively and actively

¾La absorción incrementa el pH del suelo Uptake increases pH in soil

¾Una mejor absorción en un rango de pH entre 4.5 y 6 Best uptake pH range between 4.5 and 6

¾El nitrato puede ser almacenado en la planta Nitrate can be stored in plant

¾ Los nitratos se lixivian Nitrates leach

Las principales funciones – N y P The Major Players – N and P

• Nitrógeno – NO3- -N y NH4+-N o urea

NH4+ Amonio ¾ Activamente absorbida por la plantas Actively taken up by plants

¾ Disminuye el pH del suelo Decreases pH in soil

¾ El amonio (amonia) no puede ser almacenado Ammonium (ammonia) cannot be stored

¾ Debe ser asimilado inmediatamente por el carbón must be assimilated immediately by carbon

¾ Usado por especias “ericaceous” Ericaceous species utilize

Las principales funciones – N y P The Major Players – N and P

• Fósforo

– H2PO4- -P a pH de 5.0 a 6.5

H2PO4¾ A pH alto, el P se une al Calcio High pH, P binds with calcium

¾ A bajo pH, el P se une al Hierro Low pH P, binds with iron

¾ Hay que ser cuidado con los análisis – fosfatos vs fósforo Be careful about analysis – phosphate vs. phosphorus

¾ Fertilizantes altos en P no promueven el crecimiento radical (después de la germinación). High P fertilizers do not promote root growth ¾ Usar formulaciones bajas en P, basadas en N Use low P formulations, based on N

(after germination)

Interacciones nutricionales:

El exceso de nutrimentos en un medio de cultivo pude producir deficiencias nutricionales en los tejidos vegetales.

Nutrimento en exceso

Nutrimento con posible deficiencia en tejidos vegetales

Nitrógeno as amonio

Potasio, Calcio, Magnesio

Potasio

Nitrógeno, Calcio, Magnesio

Fósforo

Cobre, Zinc, Hierro

Calcio

Magnesio, Boro

Magnesio

Calcio, Potasio

Sodio

Potasio, Calcio, Magnesio

Manganeso

Hierro, Molibdeno

Hierro

Manganeso

Zinc

Manganeso, Hierro

Cobre

Manganeso, Hierro, Molibdeno

Molibdeno

Cobre

Aluminio: este elemento no es esencial y altos niveles en sustratos es raro. Una concentración alta de Aluminio precipita el fósforo como fosfato de aluminio y reducir la disponibilidad de fósforo.

Manejo de Nitrógeno y Fósforo Factores en la producción de Pastora (Poinsetias) - Un caso de estudio

La situación legislativa actual en Maryland: Acta de calidad de agua “Act of 1998” –

Todos los invernaderos y viveros fueron afectados

–

Productores tienen que llevar planes de manejo de Nutrientes y entrenar a los trabajadores encargados.

Industria Ornamental - Proactiva o Reactiva?

En realidad: • Los sistemas de producción en invernadero son intensivos • La mayoría de las fincas usan sustratos sin suelo – No retienen NO3 o PO4 – Capacidad limitada para retener agua • Requerimiento de P por la planta son muy bajos (comparado con N y K)

En realidad: • Una finca con 150,000 plantas por hectárea – fertigación con 250 mg N / L – fertigación una vez al día – fertigación con 0.5 L agua cada planta • Total N aplicación = 250 mg N /L x 0.5 L x 7 día x 40 semana = 125 mg N x 150,000 plantas x 280 días = 125 / 1,000,000 x 150,000 x 280

= 5, 250 kg N / ha / año

Manejo de nutrientes: • Enfoque holístico → considerar el vivero como un sistema

→ Manejo del agua de riego → Manejo de sustratos → Manejo de nutrientes

Perspectivas: • Cuántos gramos de N contiene una planta madura de pastora (Poinsettia)?

→ alrededor de 0.75g N • Cuántos gramos de P ? → alrededor de 0.1g N

Ku and Hershey, 1997 - JASHS

Concentración MS

(mg/g N) (mg/g P)

Contenido mg N

mg P

Hojas

6

38

4

228

24

Brácteas

9

30

4

270

36

Tallo

5

20

3

100

15

Raíces

6

30

4

180

24

778

99

Total

26

Irrigación única @ 20% Fracción lixiviada 250 ppm N x 250 ml = 63 mg N (por planta) 25 ppm P x 250 ml =

6 mg P

Irrigación única @ 40% Fracción lixiviada 250 ppm N x 400 ml = 100 mg N 25 ppm P x 400 ml =

10 mg P

Ciclo 13 - semanas = 26 Fertigaciones 0.2 Fracción lixiviada (250 N- 250 ml) = 63 mg N x 26 = 1625 mg ( 25 P- 250 ml) = 6 mg P x 26 =

163 mg

0.4 Fracción lixiviada (250 N- 400 ml) = 100 mg N x 26 = 2600 mg ( 25 P- 400 ml) =

10 mg P x 26 =

260 mg

Eficiencia Nutricional mg Aplic.

Req. plt.

% Eficiencia

0.2 Fracción lixiviada

250 N - 250 ml

1625

750

46%

25 P - 250 ml

163

95

38 %

250 N - 400 ml

2600

750

29 %

25 P - 400 ml

260

95

27 %

0.4 Fracción lixiviada

Eficiencia Nutricional mg Aplic.

Req. plt.

% Eficiencia

Escenario ‘mejor caso’

200 N - 250 ml

1300

750

58%

8 P - 250 ml

130

95

73 %

400 N - 400 ml

4160

750

18 %

100 P - 400 ml

730

95

13 %

Escenario ‘peor caso’

Conclusiones • La lixiviación y la pérdida total son Acumulativas • Ponga especial atención a la Fracción lixiviada - máximo 20% F. L. •

Requerimientos nutricionales para las pastoras son Bajos - 200 mg N / L - 10 ppm P en una aplicación líquida continua

Movilidad de los nutrientes vegetales: la movilidad de los elementos en los tejidos definen la ubicación visual de los síntomas de deficiencias o toxicidades nutricionales.

Muy Móviles Nitrogeno Fósforo Potasio Cloro

*

Moderadamente Móviles Magnesio Azufre Molibdeno

Limitada movilidad Hierro Manganeso Cobre Zinc Calcio Boro

Mas recientemente, hojas maduras son las mas precisas para análisis foliares de nutrimentos

Otros efectos negativos de la sobre aplicación de nutrimentos Other Negative Effects of Nutrient Over-application

• Escorrentía Runoff • Respuestas fisiológicas Physiological responses 9Puede afectar crecimiento radical ej: reciente evidencia muestra que P no promueve el crecimiento radical may affect root growth. e.g. recent evidence shows P does not promote root growth

9 puede afectar la floración ej: sobre dosificación de N y otros nutrimentos estimulan el crecimiento vegetativo a costa de la floración. may affect flowering e.g. over application of N and other nutrients may stimulate vegetative growth as in grapes

• Fertilizantes inapropiados Inappropriate fertilizers 9El NO3 nos es bien recibido por la especies ericaceas NO3 is not well utilized by ericaceous species

• Balance el NO3 con el Amonio Balance your NO3 with your NH. Good for most plants

Fertilidad – casos especiales • Simbiosis Micorrizas 9 Un hongo que crea una relación mutualistica con la planta Fungal infection creates a mutualistic relationship with plant

9 Existen ectomicorrizas y endomicorrizas (más comunes) Ectomycorrhizal and Endomycorrhizal (more common)

9 Adecuado para plantas en condiciones de baja fertilidad natural Very useful to the plant under conditions of low fertility

9 Condiciones de alta fertilidad retarda la tasa de infección High fertility retards rate of infection

9 El micelio es más pequeño, pero tiene mayor área superficial que las raíces de las plantas Fungal mycelia are smaller, have greater surface area than plant roots

9 Alto potencial para resistencia a enfermedades y tolerancia a sequía Potential disease resistance, drought resistance via symbiosis

9 La micorriza usa compuestos de carbón de la planta. Disminuyendo el crecimiento inicial, pero con beneficios a largo plazo Mycorrihzae take C compounds from plant… initially slows growth … eventual long term benefits

Fertilidad – casos especiales • En condiciones de sequía 9 El agua es el más importante regulador de crecimiento Water is the most important growth regulator

9 Sin agua no hay crecimiento a pesar de tener buena fertilidad No water, no growth regardless nutrients

9 No es recomendable fertilizar en condiciones de sequia Fertilizing under drought conditions is not recommended

9 Alta CE en el suelo puede dañar las raíces High EC’s in soil can damage roots

•Siembras nuevas 9Recientes recomendaciones no recomiendan fertilizar nuevas siembras Recent recommendation discourage fertility with new plantings Cual es la condición nutricional de las plantas al momento de la What condition (nutrient reserve) were the plants in at purchase compra. 9 El riego es mas importante Watering is more important