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AGRO 4037 Fertilidad de Suelos y Abonos

2 - Principios bsicos de relaciones suelo-planta

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2 - Principios de relaciones suelo-planta 2-1 Crecimiento de las plantas y concepto de rendimiento

2-1.1 Crecimiento de las plantas y rendimiento de cosechas2-1.2 Ley de mnimo (Sprengel-Liebeg)2-1.3 Curva de incrementos decrecientes (Mitscherlich)

2-2 Factores limitantes al crecimiento o rendimiento2-2.1 Factores climticos2-2.2 Factores del cultivo2-2.3 Factores del suelo

2-3 Elementos esenciales2-3.1 Criterio para que un nutriente sea esencial2-3.2 Nutrientes especficos2-3.3 Concentracin de nutrientes en la planta2-3-4 Extraccin de nutrientes

2-4 Movimiento de nutrientes de suelo a la raz2-4.1 Intercepcin radical2-4.2 Flujo de masas2-4.3 Difusin2-4.4 Capacidad amortiguadora

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2 - Principios de relaciones suelo-planta (cont.)

2-5 Funciones de los nutrientes2-6 Sntomas de deficiencias nutricionales

Ver separata Objetivos de Aprendizaje para los detalles

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2-1.1 Crecimiento de las plantas Los cambios que experimenta la planta a travs del

tiempo son cuantitativos (medidas agronmicas) Estas usualmente guardan relacin con el rendimiento Crecimiento de la planta est cuantitativamente

relacionado a factores externos e internos La forma, biomasa, producto (grano, fruta, etc..) que

adquiere una planta a lo largo de la diferentes etapas se debe a: caractersticas genticas, interaccin entre factores genticos y ambientales y disponibilidad adecuada de nutrientes

Conocer patrones de crecimiento ayudan a identificar el momento de mayor necesidad nutricional y a diagnosticar potenciales problemas

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Planta anual

a. Fase inicialb. Fase rpido crecimientoc. Tasa de crecimiento disminuyed. Madurez, crecimiento termina

a

b

dc

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Planta perenne

Tiempo

Bio

mas

a

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Concepto de rendimiento de cosechas Forrajeras Races y tuberculos Granos Frutales Vegetales y hortalizas

Cules son rendimientos ptimos para cada cosecha?Qu se puede utilizar como indicator agronmico de renidmiento?

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Importancia del manejo agronmico para maximizar rendimientos Con el incremento en la poblacin mundial y mejora en el estandar de

vida, es necesario satisfacer la creciente demanda de alimentos Sin la intervencin del hombre las plantas crecen y producen pero

usualmente con bajos rendimientos. Para alcanzar o tratar de obtener los mximos rendimientos, se

modifican las condiciones fsicas y qumicas de los suelos, se cambian los patrones de cultivo y se utilizan los datos climticos

Todo lo que hace el hombre dentro de un sistema de produccin agrcola para aumentar los rendimientos y reducir los efectos perjudiciales del clima se conoce como manejo agronmico

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2-1.2 Sprengel-Liebeg, Ley del mnimo Crecimiento (rendimiento) de la planta est limitado por el factor

(nutriente) disponible al mas bajo nivel relativo El nutriente que est por debajo del nivel crtico mnimo ser el que

limita el crecimiento Por lo tanto es importante identificar y ordenar los factores

limitantes al desarrollo de la planta para poder resolver problemas nutricionales

Aplicabilidad: Identificar cual es el nutriente limitante

Ejemplos

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2-1.3 Mitscherlich Curva de incrementos decrecientes

El incremento de un factor casi nunca ocasiona una respuesta lineal. Se observa una curva de respuesta del tipo exponencial.

El concepto es importante porque evala la produccin en base al aumento de un factor y sirve para identificar la cantidad ptima del factor limitante con lo que se logran los mayores rendimientos agronmicos.

La base matemtica de estos enfoques son empleadas estadsticamente para el establecimiento de las dosis adecuadas de fertilizacin para los cultivos.

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A = rendimiento mximo posible que se obtiene suministrando todos los factores de crecimientos bajo condiciones ptimas.y = rendimiento obtenido despus de que una cantidad de x haya sido suministradax = incremento del factor de crecimientoC = constante que depende del cultivo y de condiciones climticas

Y = A(1-10-cx)y/x = (A - y)*C

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Ejemplos de distintos modelos para determinar la dsis ptima de aplicacin de nutrientes

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2-2 Factores limitantes al crecimiento o rendimiento2-2.1 Factores climticos

Temperatura afecta fotosntesis, transpiracin, actividad enzimtica, actividad microbiana, tasa de absorcin de agua y nutrimentos

Radiacin solar - duracin del da, tasa de fotosntesis, respiracin, absorcin activa de iones

Precipitacin (humedad) - funciones metablicas de la planta, actividad microbiana del suelo, movimiento y aborcin de nutrientes

Composicin del aire - oxigeno, concentracin de CO2, ozono

Como se pueden manejar cada uno de estos?

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2-2.2 Factores de cultivo Especie Variedad de cultivo (Ver. Capitulo 10, p. 362) Arquitectura de la planta/raz Resistencia a enfermedades y plagas (insectos,

enfermedades, yerbajos)

Como se pueden manejar cada uno de estos?

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2-2.3 Factores del suelo Reaccin del suelo (pH ) Capacidad de intercambio catinico Disponibilidad de nutrientes Materia orgnica Humedad del suelo Textura y estructura del suelo Labranza Drenaje

Como se pueden manejar cada uno de estos?

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2-2.4 Interaccin entre los factores de crecimiento (cap 11, p. 418) Interaccin negativa Respuesta al factor A y al factor B

combinado es menor que cuando se aplica por separado Cero interaccin Respuesta al factor A y al factor B combinado

es aditivo Positiva interaccin Respuesta al factor A y al factor B es mayor

que la suma de los dos factores

18Intensidad de luz

Foto

snt

esis

Cultivo

Nivel de N (kg/ha)

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

)

Temperatura

Nivel de N (kg/ha)

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

)

Disponibilidad de agua

Nivel de N (kg/ha)

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

) Gentica

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2-3 Elementos esenciales Se han encontrado aprox. 60 elementos en tejido de plantas Plantas absorben cualquier elemento presente en la

solucin del suelo La utilizacin depende de (i) presencia del nutriente en

solucin (ii) competencia inica por puntos de absorcin (iii) especie inica

La utilizacin no est determinado por la necesidad de la planta

Contenido total del nutriente no indica necesidad

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2-3.1 Criterio para que un nutriente sea esencial

Planta no puede completar ciclo de vida sin el nutriente Nutriente elemento es parte de una molcula envuelta

en algn proceso metablico o partipa directamente en reacciones bioqumicas.

Por lo tanto: su ausencia reduce drsticamente el crecimiento su ausencia produce sntomas visuales los sntomas son superables con el suministro del

nutrimento

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Descubrimiento de elementos y de su esencialidad en las plantas. Adaptado de J. Cepeda, 2010

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Elemento Descubridor Ao Esencialidad AoC De Saussure 1804H Cavendish 1776 De Saussure 1804O Priestley 1774 De Saussure 1804N Rutherford 1772 De Saussure 1804P Brand 1772 Vile 1860K Davy 1807 von Sachs, Know 1860Ca Davy 1808 von Sachs, Know 1860Mg Davy 1808 von Sachs, Know 1860S von Sachs, Know 1865Fe von Sachs, Know 1860Mn Scheele 1774 McHargue 1922Zn Sommer y Lipman 1926Cu Sommer y Lipman 1931B Davy/Gay Lussac 1808 Sommer y Lipman 1926Cl Scheele 1774 Stout 1954Mo Hezlm 1782 Arnon y Stout 1939

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2-3.2 Nutrientes especficos

Se clasifican a base de la cantidad relativa absorbida por las plantas. Existen 16 elementos esenciales (ver Cuadro 1.8, p. 12 en Havlin et al., 2005)

No minerales C, H, O

Macronutrientes - poseen un alto umbral de toxicidad primarios - N, P, K secundarios - Ca, Mg, S

Micronutrientes poseen bajo umbral de toxicidad Fe, Mn, Zn, Cu, B, Cl, Mo

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Generalmente los nutrimentos primarios son los primeros en ser deficientes en el suelo; plantas usan cantidades relativamente altas de estos.

Los secundarios y los micronutrimentos son en general menos deficientes en el suelo; plantas los utilizan en pequeas cantidades. No quiere decir que sean menos importante.

Otros elementos pueden sustituir parcialmente (ser beneficioso parcialmente), pero no son clasificados formalmente como esenciales. Na esencial en plantas halofticas Ni - esencial para algunas plantas Co - requerido en leguminosas si NO3- es nica

fuente Si - arroz, cereales Sr - puede sustituir parcialmente por Ca2+ Va - algas verdes, algas verde-azules

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Otros nutrientes:

Esenciales para animales pero no para plantas - I, F, Se, Co, Na

Esenciales para plantas pero no animales - B Abundante en plantas pero no esenciales - Al, Si, Na

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2-3.3 Concentracin de nutrientes en la planta

1. Deficiente - [ ] es tan baja que el rendimiento est severamente reducido. Sntomas de deficiencia se observan claramente

2. Insuficiente - [ ] est por debajo del requerido para obtener un rendimiento ptimo, pero no necesariamente se observan sntomas visuales

3. Nivel critico - [ ] por debajo del cual ocurre deficiencia4. Toxicidad y/o competencia - [ ] es suficientemente alta para causar

dao en la planta

Ren

dim

ient

o

Consumo superfluo

Nivel de aplicacin (kg K2O/ha)

Con

cent

raci

n d

e K

Cre

cim

ient

o

rend

imie

nto

[ ] elemento en materia seca

1

2

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2-3.4 Extraccin de nutrientes

0

20

40

60

80

100

120

140

2 3 4 5 6 7 8 9Months after planting

Nitr

ogen

(kg/

ha)

Leaves - NVines - NTuber - N

020406080

100120140160180200220240260

2 3 4 5 6 7 8 9Months after planting

Nut

rient

upt

ake

(kg/

ha)

NitrogenPotassiumCalciumMagnesium

A B

Extraccin de N en componentes del ame (A) y de N, P, Ca, Mg en toda la planta (B) (modificado de Irizarry et al., 1985)

Distinguir entre extraccin de nutrientes en la totalidad de la planta y sus componentes Remocin en fruto o grano Extraccin en material vegetativo Utilizar las unidades apropiadas

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Ejemplo, extraccin de nutrientes

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Yield N P KCommon name Species (variety) lb/ac/yr -------------lb/ac/yr----------------All forages(mean) 23,423 292 48 376Cassava Manihot utilissima 12,543 50 16 79Tanier Xanthosoma spp. (Kelly) 10,083 129 36 196

TanierXanthosoma spp (Blanca) 147 68 519

TanierXanthosoma spp (Morada) 111 13 139

Yam Dioscorea spp. 28,288 105 17 143Yam D. alata (Florido) 52,359 191 17 199Yam D. rotundata (Guineo) 45,976 169 22 192Common Bean Phaseolus vulgaris 891 90 16 179Cucumber Cucumis sativus 13,365 42 12 58Lettuce Lactuta sativa 95 12 170Onion Allium cepa L. 145 25 155Pepper Capsicum annum 140 12 140Potato Solanum tuberosum 210 30 275Sweet corn Zea mays 155 20 105Sweet potato Ipomea batatas 140 20 200Tomato Lycopersicon esculentum 180 21 280Sugar Cane Sacharum officinarum 94 23 185Banana Musa acuminata 214 40 659Plantain Musa balbicinia 192 37 546Pineapple Anana comosus 300 50 250

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2-4 Movimiento de nutrimentos en suelo hacia la raz de la plantaPrinicipios bsicos Existe neutralidad elctrica en la solucin del suelo Cada in responde a cambios en su propia

concentracin en el suelo Iones se mueven en solucin de alta a menor

concentracin, respondiendo a un gradiente

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2-4.1 Intercepcin radical Races crecen hasta llegar a los nutrientes en suelo

(mayormente intercambiable) Races poseen puntos de carga (CIC, asociado a grupos

funcionales RCOO-) Seleccin inica en plantas mono- y dico-tiledoneas Puntos de carga retienen iones Volmenes de oscilacin de los iones se solapan y

cationes intercambian posiciones sin entrar en solucin.

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Cantidad de iones interceptado por la planta depende de:

masa o volumen radicular y cantidad de iones disponibles en el suelo Contacto mximo ocurre cuando volumen radical es

igual al volumen del suelo Volumen radical es aprox. 1-3 % del volumen del

suelo. Por lo tanto las races crecen a travs del 2 % del volumen del suelo, encuentran 2 % de los nutrientes

Importancia de micorrizas para aumentar el volumen radicular

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2-4.2 Flujo de masas

Nutrientes disueltos en la solucin del suelo son transportados a la raz por el flujo de agua que ocurre debido a la utilizacin de agua por la planta durante transpiracin.

Es proporcional al flujo del volumen de agua a travs de la raz

Factores que influyen sobre las cantidades de nutrientes que se utilizan:

1. Tasa de transpiracin2. Concentracin de nutrimentos en el agua3. Tasa de restitucin del nutrimento (fase slida,

MO, adsorbdo)

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2-4.3 Difusin Se debe al movimiento de nutrientes en la solucin del

suelo en respuesta a un gradiente en concentracin. Factores:

concentracin de nutrientes en la solucin capacidad del suelo de reponer nutrimentos Las distancias afectadas por este fenmeno son

pequeas: P = 0.01 cm/dia; K = 0.09 cm/dia; NO3- = 0.3 cm/dia

Ecuacin que describe el proceso (Primera ley de Fick):

dC/dt = De*A*dC/ dx

dC/dt = dQ = tasa de difusin (cambio en concentracin con tiempo) (g/cm3/s)

De = coeficiente efectivo de difusin (cm2/s) dC/dx = gradiente de concentracin (cambio en

concentracin con distancia) (g/cm3 cm)

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Tasa de difusin es proporcional a : magnitud en el gradiente de concentracin coeficiente efectivo (De) de difusin

donde De de difusin se define como:De = Dw v 1/T 1/by es:

proporcional a coeficiente de difusin en agua (Dw) proporcional a humedad (v) inversamente proporcional a tortuosidad (T)

(funcin de humedad y textura) inversamente proporcional a capacidad

amortiguadora (b)

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v

dC/d

tfranco arenoso

arcillo-limoso

Distancia de la raiz

P en

sol

uci

n

1 hr 8 hr 1d

40

Relacin entre variables en la ecuacin: aumenta v , dC/dt aumenta disminuye b, dC/dt aumenta aumenta dC, dC/dt aumenta

Capacidad amortiguadora (b) del suelo capacidad del suelo para resistir cambio

b = Padsorbido / Psolucin

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2-4.4 Capacidad amortiguadora del suelo

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Ejemplo

P solucin

P ad

sorb

ido arcilla

limo

P aadido

P so

luci

n

arcilla

limo

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***Importancia de los procesos de difusin y capacidad amortiguadora del suelo***

Manejo de fertilizante Colocacin de fertilizante cerca de la raz Colocacin de fertilizante donde humedad del suelo es mayor Mayor tasa en suelo con capacidad amortiguadora baja

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Magnitud relativa de los tres procesos

Ejemplo de movimiento de nutrimentos a la raz. Nutrimento (elemento)

Cantidad disponible

Cantidad requerida1

Intercepcion2 Flujo masas4 Difusion5

ppm (mg/L)

--------------------------------kg/ha----------------------------

N 40 200 240 4 (1.7)3 200 (83) 36 (15) P 0.5 100 43 2 (4.7) 2.5 (6) 38.5 (90) K 4 1000 200 20 (10) 20 (10) 160 (80) Ca 30 4000 55 80 (145) 150 (270) - Mg 25 1200 40 24 (60) 125 (312) - 1. Utilizacin por el cultivo (240 bu/a maz) 2. (Cantidad disponible) x (volumen radical = 2%) 3. Porciento obtenido en parntesis 4. Tasa de transpiracin varia con el cultivo, con un rendimiento de 10,000 kg m.s./ha,

asumir 500 kg H2O / kg m.s. = 5 x 106 kg H2O / ha 5. Difusin = Cantidad requerida - (Flujo de masas + Intercepcin)

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Resumen

La importancia relativa de estos tres mecanismos depende de muchos factores, entre ellos:

Concentracin del nutrimento en la solucin del suelo Cinetica de absorcin del nutrimento a la raz Cinetica de desorcin Tasa de transpiracin y/o disponibilidad de agua