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José Cepeda, UASD, 2010

Fertilidad de Suelos I. Escuela de Agronomía

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Capitulo I

Historia de la fertilidad de suelos

Introducción

Para fines del siglo XX los seres humanos estaban realizando investigaciones sobre como alimentar plantas cuyas raíces crecían en el aire (Kaspar et al, 1992); estas plantas eran las mismas cuyas raíces crecen normalmente en el suelo o en sustratos comunes creados artificialmente, por ejemplo maíz. La alimentación de estas plantas se hacía mediante el bombeo de “neblinas hidropónicas” (para llamarlas de alguna manera) hechas a base de agua y nutrientes, con gotas sumamente finas. Estas neblinas eran asperjadas varias veces al día de manera que las raíces se mantuvieran húmedas y aireadas. El sistema radicular y las plantas mostraban un perfecto desarrollo vegetativo, de manera que el experimento demostró que una planta puede crecer perfectamente con sus raíces en el aire. Esta tecnología puede ser útil en zonas difíciles para la agricultura por ser desérticas, demasiados calientes o frías, con suelos muy ricos en gravas y arenas o fuera del planeta donde, seguramente, no se contará con una capa de suelo, al menos, como la conocemos en la tierra. También en aquellas zonas terrestres donde no se cuente con una adecuada capa vegetal porque la misma se perdió completamente debido a la erosión. Estos cultivos cuyas raíces crecen en el aire reciben el nombre de “cultivos aeropónicos”. Para fines del siglo XX también era práctica común crecer plantas abonadas vía goteo tanto en el campo como en invernaderos; también se contaba con sistemas hidropónicos que producían plantas de excelente calidad. Con la fertirrigación y la hidroponía los rendimientos son espectaculares comparados con la fertilización tradicional vía suelo. Para llegar a estas tecnologías la humanidad tuvo que avanzar mucho y lentamente desde los tiempos del Imperio Persa, pasando por los Egipcios, los Griegos y la idea de Francis Bacon y su teoría del por qué crece una planta. Lo cierto es que los avances en la nutrición de las plantas y el incremento en los rendimientos estuvieron muy asociados al desarrollo de las ciencias naturales, especialmente de la química. El presente capitulo tiene como objetivo ofrecer una introducción a la historia de la fertilidad de suelos y el origen de los primeros fertilizantes orgánicos y minerales.



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Fertilidad de suelos, pasado y presente (Adaptado de Tisdale, Nelson and Beaton, 1985)

Al parecer, la primera vez que se habló de fertilidad de suelos fue en lo que hoy es IRAQ, antiguo territorio del Imperio Persa. En la Mesopotamia, unos 2,500 años antes de Cristo, aparecieron escrituras que hablaban de la fertilidad del suelo indicando que había suelos en los cuales se podían obtener “86 veces más rendimientos que en otros”, lo que significaba que por cada unidad sembrada en un suelo se cosechaban 86, mientras que en otros no. Muchos historiadores, escritores y científicos de la antigüedad han reportado el uso de productos y prácticas agrícolas con fines de mejorar la productividad de los cultivos. A continuación se presentan algunos casos: Heródoto, historiador griego, 500 años antes de Cristo viajó a la Mesopotamia y mencionó los rendimientos extraordinarios que se obtenían allí producto de los suelos aluviales dejados por el río Tigris. Con los años, el hombre fue aprendiendo que después de sembrar y sembrar los mismos cultivos los rendimientos bajaban, apareciendo la idea de la rotación de cultivos. En la Odisea de Homero se menciona el uso de estiércol como abono 900 años antes de Cristo. Teofrasto (372-287 AC) recomendó el uso abundante de estiércol en suelos con capa vegetal fina y poco estiércol en suelos con capa vegetal gruesa. El uso de leguminosas como abono verde fue mencionado por el poeta romano Virgilio (70-19 AC). El uso de ceniza con fines de mejorar el suelo se menciona en la Biblia. Los griegos intensificaron el uso de abonos orgánicos y fertilizaban sus jardines y campos de olivo con los lodos cloacales de la ciudad. El uso de fertilizantes minerales no fue muy conocido en la antigüedad pero Teofrasto y Plinio mencionan al nitrato de potasio (KNO3), como muy útil para fertilizar las plantas. Esto también se menciona en la Biblia en el libro de Lucas. Muchos escritores antiguos creían que la fertilidad de un suelo podía determinarse por su color. La idea general era, que si un suelo era de color negro era muy bueno y si era de color claro era malo. Sin embargo, Columela (escritor romano sobre asuntos agrícolas del primer siglo), desafió esa teoría indicando que muchos suelos de Libia eran de color claro y de gran fertilidad La edad antigua fue dominada por la cultura, ideas y prácticas agrícolas griegas que eran las más avanzadas. Con la aparición del imperio romano, éstos copiaron las ideas griegas y no se recuerda de aportes importantes en el campo agrícola durante ese periodo (Tisdale, Nelson and Beaton, 1985).



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La fertilidad de suelos hasta los años 1700´s (Adaptado de Tisdale, Nelson and Beaton, 1985)

Después de la caída de Roma, pocas contribuciones importantes aparecieron respecto a las prácticas agrícolas, hasta que apareció un libro titulado Opus Ruralium Commodorum escrito por Pietro Crescenzi (1207-1307). Este libro era una recopilación de las prácticas agrícolas desde los tiempos antiguos hasta su era. Él refirió un incremento en el uso de estiércol como abono, es decir, cada día se usaba más y más estiércol.

La idea original de Bacon (Adaptado de Tisdale, Nelson and Beaton, 1985)

En 1627 Francis Bacon (1561-1624) sugirió que el principal nutriente de las plantas era el agua y que el suelo era para soporte y para proteger las plantas del frío y del calor (Millar, 1955). Durante esa misma época, un físico y químico belga llamado Jean Baptiste Van Helmont (1577-1644), reportó un experimento que demostraba que el agua era el único nutriente importante para las plantas. Él colocó 200 libras de suelo y sembró una planta cuyo peso inicial era de cinco libras; tapó el suelo para que no le cayera polvo y se pasó cinco años agregando sólo agua. Al cabo de esos años, la planta pesaba 169 libras y el suelo sólo había perdido dos onzas de su peso. Debido a que solamente había agregado agua, su conclusión fue que las plantas crecían a partir del agua. Las dos onzas de suelo que se perdieron él las atribuyó al error experimental. Su conclusión fue errónea pero estimuló a otros investigadores a buscar la verdad. Además, su experimento demostró que las plantas se alimentaban de una manera diferente a los animales, es decir, las plantas “no comen suelo”. El trabajo de Van Helmont fue repetido luego por Robert Boyle (1627-1691), un químico ingles (ley de los gases), quien repitió su experimento pero incluyendo análisis de las plantas. Como resultado de los análisis, él concluyó que las plantas contenían sales, esencias, tierra y aceites, todos los cuales fueron hechos a partir del agua. Al mismo tiempo, J.R. Glauber (1604-1688), un químico alemán, sugirió que el KNO3 era el “principio de la vegetación”, y no el agua. Él recogió y separó KNO3 del suelo que quedaba debajo del estiércol del ganado y supuso que provenía de los animales. Después estableció que como el ganado comía forraje, el KNO3 debía provenir de las plantas. Cuando él aplicó este producto a las plantas éstas crecían rápidamente, por tanto, estaba convencido de que las mismas crecían debido al KNO3 y no debido al agua. El nitrato de potasio (KNO3) es un fertilizante muy usado en nuestros días en fertirrigación. Cerca del año 1700 un estudio sobresaliente fue ejecutado y representó un avance considerable en las ciencias agrícolas. Un inglés llamado John Woodward (1665-1728), quien conocía los trabajos de Van Helmont y de Boyle, sembró menta en varias muestras de agua que había coleccionado: agua lluvia, agua de río, agua cloacal y agua cloacal mezclada con restos vegetales. Cuidadosamente midió la cantidad de



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agua transpirada por la planta y anotó los pesos inicial y final de la misma. Él encontró que el crecimiento de la menta fue proporcional a la cantidad de impurezas en el agua y concluyó que la materia terrestre o tierra era el principio del crecimiento vegetal y no el agua. Aunque su conclusión no fue completamente correcta, representó un gran avance para su época en cuanto a técnica de investigación. Durante muchos años los científicos buscaron el “principio de la vegetación”, o sea, la sustancia única que hacia crecer las plantas. En el año 1775, Francis Home (1719-1813) médico y naturalista inglés, estableció que no había “un principio” sino varios, entre los que incluyó: aire, agua, tierra, sales, aceite y fuego (en un estado fijo). Él llevó a cabo experimentos en potes en los que medía el efecto de diferentes sustancias sobre el crecimiento de las plantas e hizo análisis químicos de ellas. Su trabajo fue considerado valiosísimo. Los años pasaban pero aún no se estaba claro por qué crecían las plantas, para ello era necesario que se descubrieran dos elementos químicos: el oxígeno y el dióxido de carbono (CO2). Joseph Black (1728-1799) hizo un gran aporte cuando descubrió el CO2 en 1754 mientras que Joseph Priestley (1733-1804) descubrió el oxígeno en 1774. Ambos descubrimientos permitieron otras investigaciones que fueron develando los misterios de la vida de las plantas y de muchas reacciones químicas. Jan Ingenhousz (1730-1799), un físico holandés, demostró que la purificación del aire (desaparición del CO2 del aire) era posible en presencia de las plantas y de la luz, pero en la oscuridad no hubo tal purificación. Junto con el descubrimiento de Ingenhousz, hubo otro por parte de Jean Senebier (1742-1809), un filósofo suizo e historiador, quien demostró que el incremento en el peso del experimento de Van Helmont se debía al aire! Senebier encontró que las ramas sumergidas, en presencia de luz, emitían burbujas que eran de oxigeno y que el CO2 del agua disminuía cuando ocurría este fenómeno. Para él este proceso estaba relacionado con el crecimiento de las plantas, pero no pudo demostrarlo. Senebier murió, pero el papel de la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas estaba en camino.

Progresos durante el siglo XIX (Adaptado de Tisdale, Nelson and Beaton, 1985)

Los descubrimientos de Senebier y de Ingenhousz estimularon el modo de pensar de un científico suizo llamado Teodoro De Saussure (1767-1845), cuyo padre estaba familiarizado con el trabajo de Senebier. De Saussure continuó trabajando en dos de los temas de Senebier: el efecto del aire en las plantas y el origen de las sales en los cultivos. Como resultado, De Saussure demostró que las plantas absorbían oxigeno y liberaban CO2, lo cual era el tema central de la respiración. En adición, él encontró que las plantas podían absorber dióxido de carbono liberando oxigeno con la presencia de la luz. Si las plantas se mantenían en un ambiente libre de CO2, sin embargo, ellas morían. De esta manera, De Saussure demostró que el CO2 tenía gran importancia para las plantas. De Saussure concluyó que el suelo provee solamente una pequeña fracción de los nutrientes que las plantas necesitan pero si demostró que el mismo suple tanto ceniza como nitrógeno. También demostró que las membranas de las raíces eran selectivas y



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permeables, y que el agua entraba más fácilmente que las sales. Finalmente, demostró que las plantas no producían nitrato de potasio e introdujo y demostró el concepto de la esencialidad de los nutrientes. Durante los años 1800 y 1900 se hicieron grandes progresos en el campo de la nutrición y fertilización. Un hombre que se destacó bastante fue Jean Baptiste Boussingault (1802-1882), un químico francés quien ya tenía experimentos de campo para 1834 (Millar 1955). Boussingault empleó las técnicas de De Saussure en cuanto a anotar todo lo que aplicaba y a analizar las muestras y las plantas. También mantenía un Registro Agrícola en el cual anotaba las cantidades de estiércol que aplicaba a sus parcelas y los rendimientos obtenidos. En su hoja de balance, pudo demostrar cuales elementos provenían del aire, lluvia y suelo. También demostró cambios en la composición de las plantas según su estado de desarrollo. Además, demostró que la mejor rotación de cultivo era aquella que producía la mayor cantidad de restos orgánicos en adición al agregado por el estiércol. Boussingault escribió sobre la fijación simbiótica de nitrógeno pero no pudo demostrarlo (Epstein, E. 1972). Boussingault es llamado el Padre de los Experimentos de Campo.

Los aportes de Liebig (Adaptado de Tisdale, Nelson and Beaton, 1985 y de Millar 1955)

Justus Von Liebig (1803 –1873), un químico alemán, fue muy efectivo develando los misterios del humus. La presentación de su papel en una prominente reunión científica sacudió el pensamiento de los científicos conservadores, a tal punto que aseguró que el carbón contenido en las plantas provenía del dióxido de carbono. Liebig estableció lo siguiente (Tisdale, S.L. and Nelson, W.L. 1970):

1. La mayoría del carbono de una planta proviene de la atmósfera (CO2) 2. El oxigeno y el hidrógeno provienen del agua. 3. Los metales alcalinos (Ca, Mg, Na, K) son necesarios para neutralizar los ácidos

formados por las plantas como resultado de sus actividades metabólicas. 4. El fósforo es necesario para la formación de las semillas. 5. Las plantas absorben de todo del suelo pero excretan aquellas sustancias que no

le son necesarias. No todas las ideas de Liebig eran correctas. Él pensaba que las raíces excretaban ácido acético. También creía que el N-NH4 era la única fuente de nitrógeno que las plantas absorbían y que las plantas conseguían este producto del suelo, estiércol y del aire. Liebig creía que por medio de los análisis de las plantas y el reconocimiento de los elementos que contenía uno podía establecer un plan de fertilización basado en los análisis de los tejidos vegetales. Era su opinión, que el crecimiento de las plantas era proporcional a la cantidad de sustancia mineral disponible en el suelo y en base a ese concepto estableció su famosa “ley del mínimo”.

Aún con todos esos aportes científicos de Senebier, De Saussure, Liebig y de los otros científicos, para fines de los años 1800‘s se sabía que los abonos aumentaban los rendimientos pero no se sabía claramente las razones del crecimiento vegetal.



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Siglo XX Melvin Calvin (1911-1997): durante el siglo XX se definió claramente el papel de la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas. Experimentos dirigidos por separado por Daniel Arnon, Melvin Calvin y Johann Deisenhofer permitieron conocer que la fotosíntesis tiene dos etapas; una en presencia de la luz y otra en su ausencia; además, se conocieron los compuestos químicos que intervienen en cada etapa y el resultado final de la fotosíntesis: la producción de glucosa. Mediante reacciones químicas posteriores y añadiendo diferentes nutrientes y elementos, las plantas producen aminoácidos, almidones, grasas, pigmentos, esteres, enzimas, alcoholes y otros. La combinación de diferentes compuestos orgánicos da origen a los tejidos y órganos de las plantas y al crecimiento de la misma; pero el punto de partida es la glucosa.

La descripción de la fotosíntesis fue posible cuando, en la década de 1940, el Dr. Calvin logró permiso para utilizar carbono 14 en sus experimentos sobre intercambio gaseoso en las hojas. Al utilizar carbono 14 radiactivo, Calvin pudo detectar la secuencia de reacciones químicas producida por las plantas al convertir dióxido de carbono gaseoso y agua en oxígeno e hidratos de carbono, proceso que después se conoció como Ciclo de Calvin. Por este descubrimiento le fue concedido en 1961 el Premio Nobel de Química.

Expansión en el consumo de fertilizantes minerales

Con el siglo XX se inicia la fabricación industrial y el uso masivo de los fertilizantes, siendo la fijación industrial del amoniaco (NH3) uno de los hechos más importante. Está técnica fue creada por dos científicos alemanes Haber y Bosch (1910) y permitió la fabricación de la urea y demás abonos nitrogenados a gran escala y a bajos precios. Hay que destacar que la investigación sobre el amoniaco fue conducida con propósitos militares y no agrícolas. El amoniaco obtenido a partir del Proceso Haber-Bosch proviene básicamente del aire (el nitrógeno) y el hidrogeno se obtiene de la hidrólisis del agua o de hidrocarburos. La producción de amoniaco impulsó el consumo de los fertilizantes nitrogenados y de otros productos fertilizantes.

Principales materias primas en la fabricación de los abonos

Durante el siglo 20 se produjo la gran expansión de la industria fertilizante; los principales productos fertilizantes estaban basados en tres elementos principales: nitrógeno, fósforo y potasio. La tendencia en el uso masivo de NPK continúa aún hoy en el siglo XXI. La Tabla 1.1 muestra abonos muy utilizados en la R.D., éstos se usan de manera individual o para la fabricación de fórmulas fertilizantes, por ejemplo 15-15-15.



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Tabla 1.1 Principales abonos basados en NPK de uso en la R.D.

Nombre Formula Color Sulfato de amonio (NH4)2SO4 Azúcar crema

Urea CO(NH2)2 Blanco Nitrato de amonio NH4NO3 Blanco Uream/Sulfurea SA+urea Blanco+ marrón Nitrato de calcio Ca(NO3)2•4H2O Blanco Nitrato de sodio NaNO3 Blanco Urea recubierta azufre (SCU)

CO(NH2)2 + S Amarillo

Nitroform methylenurea Azul Superfosfato triple

(SFT) Ca(H2PO4)2 • H2O Marrón claro

MAP NH4H2PO4 Crema DAP (NH4)2HPO4 Crema

Muriato de potasio KCl Rojo Sulfato de potasio K2SO4 Rosado Nitrato de potasio KNO3 Blanco

Para la fabricación de los abonos minerales se utilizan, principalmente, las siguientes materias primas:

1. Amoniaco: NH3 2. Acido sulfúrico: H2SO4 3. Roca fosfórica: Ca10F2(PO4)6 4. Dióxido de carbono: CO2 5. Depósitos minerales de muriato de potasio: KCl

Las materias primas anteriores dan origen a los abonos minerales mencionados en la Tabla 1.1, los cuales son muy utilizados actualmente en todas partes del mundo. Más detalles sobre esos abonos se ofrecen en el capitulo V mientras que ejemplos sobre su uso se ofrecen en el capitulo VI.

Los abonos orgánicos Los abonos orgánicos fueron los primeros en ser usados con fines agrícolas. Como ya se mencionó anteriormente desde siglos antes de Cristo se tienen reseñas sobre el uso de estiércol y de otros productos con fines de fertilizar los cultivos. Dentro de los abonos orgánicos son muy usados el compost, bocashi, abonos verdes, gallinaza, murcielaguina, estiércol vacuno, de caballo, de cabra, de conejo y de otros animales; también se usan soluciones orgánicas foliares (bioles). Otros productos



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usados como abonos orgánicos o como mejoradores de suelo (enmiendas) son la pulpa de café, vainas de guandul y habichuela, pulpa de cítricos, cachaza y otros. Del grupo anterior, el compost es muy usado y se obtiene de la fermentación de mezclas de residuos de cosecha, cal, tierra, estiércol y otros productos, los cuales se fermentan durante 2-3 meses y se les agrega agua frecuentemente. Durante la fermentación, la mezcla se calienta y su temperatura llega a unos 70°C lo cual mata gran parte de los microbios y se obtiene un producto orgánico descompuesto, con olor a tierra, muy usado como abono. El bocashi es parecido al compost pero el tiempo de fermentación es de aproximadamente un mes, se humedece una sola vez; a la mezcla de productos (mezcla semejante al compost) se le agrega melaza o una fuente rica en carbohidratos fácilmente asimilables y la temperatura de la mezcla se controla para que no pase de 55°C. El producto obtenido (bocashi) queda semi-descompuesto y con la mayoría de los microbios vivos. Es un abono orgánico muy usado, el cual aumenta el contenido de materia orgánica, nutrientes y microbios en el suelo. En La Vega existe una planta de Bocashi administrada por el IDIAF la cual fue donada por el Gobierno Japonés. En la R.D. la gallinaza y el estiércol vacuno probablemente son los dos abonos orgánicos más usados. En la Línea Noroeste existen plantaciones de banano cuya fertilización está basada en abonos orgánicos, como por ejemplo bocashi y compost. En Moca, La Vega y sus alrededores se usa la gallinaza para abonar las plantaciones de plátano, yuca y frutos menores.

La industria fertilizante en la Republica Dominicana

Con respecto a la industria fertilizante en la República Dominicana, la primera institución distribuidora de fertilizantes minerales lo fue Antillana Comercial la cual, posteriormente, crearía una compañía independiente llamada Fertilizantes Químicos Dominicanos (FERQUIDO). Otra compañía importante lo es Fertilizantes Santo Domingo (FERSAN). Estas compañías importan los abonos en grandes barcos, los mezclan, envasan y los distribuyen por toda la geografía nacional. Esto así porque el país no cuenta con minas de roca fosfórica ni de muriato de potasio, ni se cuenta con refinerías para producir amoniaco, principal materia prima para la fabricación de los abonos nitrogenados. Para fines del siglo 20, FERSAN y FERQUIDO dominaban el mercado de fertilizantes minerales en la R.D. A partir del año 2004 se inició en la R.D. una notable expansión de la agricultura de invernaderos y esto ha traído consigo un incremento en el consumo de fertilizantes solubles. La expansión de los invernaderos ha sido posible a partir de esfuerzos del sector privado y de un programa gubernamental llamado PROMEFRIN. Los abonos solubles son muy usados en fertilización vía goteo; la irrigación vía goteo es muy común en los invernaderos y la misma permite la aplicación de los abonos junto con el agua. En dominicana, durante muchos años, el arroz ha sido el cultivo que más consume fertilizantes.



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Las Estaciones Experimentales Los grandes avances en el uso de los fertilizantes tanto orgánicos como minerales han sido producto de miles de ensayos realizados en las estaciones experimentales de todo el mundo. De estas estaciones han salido, además, importantes informaciones y productos relacionados a mejoramiento genético, diseño experimental, control de plagas y enfermedades, manejo del agua, manejo poscosecha, ingeniería genética, biotecnología, control de malezas, uso de sustratos, sistemas de información geográfico y otros. Por ejemplo, para 1860 George Ville tenía un experimento de campo con fertilizantes minerales en Francia (tomado de On artificial manures, their chemicals selection and scientific application to agriculture por W. Crookes, London, 1879 y citado por John Russell, 1950). En ese experimento el autor concluyó que el cultivo de trigo sembrado en ese suelo requería nitrógeno, fósforo, potasio y cal para lograr los mejores rendimientos (conclusión muy común para suelos ácidos en nuestros días, J.C.). Desde entonces, muchos otros experimentos parecidos al de Ville se han desarrollado en las estaciones experimentales de todo el mundo. Entre las estaciones que han hecho grandes aportes al desarrollo agrícola de la humanidad están las siguientes:

Estación Experimental de Rothamstead (Rothamstead Experimental Station): fundada en 1843 en Inglaterra es muy famosa por sus experimentos en manejo de cultivos y por ser la cuna del Diseño Experimental (Ronald Fisher/ANOVA/Prueba de F) y de grandes científicos como E.W. Russell, Fisher y Cockran y otros pioneros de la genética y el control de insectos y malezas. En esta estación se desarrollaron el herbicida 2-4-D y el insecticida piretroide, ambos de los más usados en todas partes del mundo. En sus inicios, fue una estación muy dedicada al estudio de los abonos químicos y orgánicos debido a que su fundador John Bennet Lawes había creado una compañía fabricante de fertilizantes en 1842. Uno de los libros más famoso sobre agricultura salió de esta estación (Condiciones del Suelo y Crecimiento de las plantas por John Russell). En 1958 trabajaban allí 471 científicos de diferentes áreas. En 1987 la estación se fusionó con otras instituciones y pasó a llamarse Institute of Arable Crops Research (IACR), bajo control de una nueva institución: Rothamstead Research. Su portal de internet es http://www.rothamsted.bbsrc.ac.uk/Research/Centres. Uno de los experimentos más notables de Rothamstead lo es el Park Grass Experiment (Experimento del Parque de Forrajes) el cual se inició en 1856. Este experimento se estableció para evaluar el efecto de abonos químicos y estiércol sobre la productividad de plantas forrajeras. Inicialmente, el experimento era para responder preguntas agrícolas tradicionales sobre dosis de abono y cuestiones de manejo de forrajes, pero dado que aún se conservan muestras de suelo y forrajes desde sus inicios las mismas han sido utilizadas para responder preguntas sobre biodiversidad, selección natural, cambios en los suelos, contaminación del suelo e incluso sobre residuos atómicos. El experimento aún continuaba en el año 2010. En la figura 1.1 se muestra una imagen del experimento.



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Fig. 1.1 The Park Grass Experiment iniciado en 1856 en Hertfordshire, Rothamstead Experimental Station, Inglaterra, con más de 150 años y aún continúa The Morrow Plots/University of Illinois at Urbana-Champaing: este es el segundo experimento agrícola más antiguo del mundo y aún en servicio (Fig. 1.2). Consiste de un experimento sobre rotación de cultivos y fertilización química y orgánica iniciado en 1876 próximo a Chicago y el cual aún continúa. Fue nombrado Monumento Nacional de los Estados Unidos en 1968. Detalles sobre los resultados de este experimento a largo plazo se ofrecen en la sección de abonos orgánicos del Manual de Fertilidad de Suelos II (Cepeda 2009). Información adicional sobre The Morrow Plots puede ser encontrada en http://www.cropsci.illinois.edu/research/rdc/urbana/morrow.cfm



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Fig. 1.2 Imagen del experimento The Morrow Plots en la Universidad de Illinois el cual tiene más de 100 años de manera contínua International Rice Research Institute (Instituto Internacional de Investigación en Arroz, IRRI): fue establecido en 1960 en Las Filipinas mediante donaciones de la Fundaciones Ford y Rockefeller. En 1962 inició sus investigaciones en arroz que condujeron a la “Revolución Verde” en éste y otros cultivos. Desde sus instalaciones salieron semillas de variedades de porte bajo que fueron utilizadas por centros de todo el mundo. Esas semillas, a su vez, fueron utilizadas para cruzarlas con variedades locales de cada país. Los resultados fueron espectaculares y como consecuencia de ello, millones de seres humanos dejaron de pasar hambre en todo el mundo. Algunas de las variedades que recorrieron el mundo fueron: IR-6, IR-7, IR-8 y otras. Las actividades agrícolas del IRRI han estado focalizadas hacia los pequeños agricultores desde su fundación. Por su encomiable labor al IRRI le fue otorgado el “Premio a la Ciencia” otorgado por la UNESCO (1970). Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT): esta fue una institución originada en 1943 entre el Gobierno de México y la Fundación Rockefeller de Estados Unidos, aunque adoptó el nombre de CIMMYT en 1963. Sus trabajos están focalizados al maíz y al trigo. Un científico norteamericano, Norman Borlaug, dirigió los trabajos iniciales para producir, mediante cruces genéticos, variedades de maíz y trigo de porte bajo que utilizaran la fotosíntesis para producir más grano y menos tallos y paja. El resultado fue un éxito total y los rendimientos aumentaron al doble o triple debido a las cualidades genéticas de las nuevas variedades y al hecho de que podían recibir más nitrógeno y fertilizantes sin sufrir de acame. Las variedades mexicanas fueron exportadas a la India, a Pakistán y a otros países con resultados excelentes (1966). De 1966 hasta 1971 Pakistán y la India duplicaron su producción de granos y



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los trabajos sobre mejoramiento genético se incrementaron en todos los cultivos y en todo el mundo. A esta etapa de la agricultura mundial se le llamó “La Revolución Verde”. En 1970 Norman Borlaug, padre de la Revolución Verde, recibió el Premio Nobel de la Paz por su contribución a la eliminación del hambre en todo el planeta y por los aspectos sociales y económicos de sus trabajos genéticos. Dado el impacto evidente de las estaciones experimentales e institutos de investigación agrícolas, en 1971 se fundó el Grupo Consultivo sobre Investigación Agrícola Internacional (Consultative Group on International Agricultural Research, CGIAR). Este grupo está formado por unos 15 centros de investigación (entre ellos el CIMMYT) y más de 60 organizaciones. Sus fines es promover la cooperación entre investigadores e instituciones agrícolas de todo el mundo con la finalidad de reducir la pobreza y el hambre. Para información adicional sobre el Centro Internacional para el Mejoramiento del Maíz y Trigo (CIMMYT) visitar el portal http://www.cimmyt.org/spanish y para visitar el portal del CGIAR en español visitar http://www.cgiar.org/languages/lang-spanish.html. Estación Experimental JUMA. Localizada en Bonao, esta estación fue fundada en 1963 y desde sus inicios sus trabajos estuvieron dirigidos al mejoramiento genético y al manejo del arroz. Mediante un convenio con el Gobierno de Taiwán los técnicos de ambos países lograron purificar las variedades tradicionales dominicanas a inicios de los años 60’s. Posteriormente, las variedades locales, ya purificadas, fueron utilizadas para cruzamientos genéticos con otras variedades. Esos cruces produjeron dos importantes variedades: JUMA-57 y JUMA-58 las cuales fueron liberadas al público en 1972. Aunque la Estación Juma liberó más variedades de arroz, la de mayor impacto ha sido Juma-57 la cual dominó los campos arroceros durante los próximos 25 años (SEA 1980). Juma-57 se obtuvo del cruce de las variedades Nilo 1 e IR-8 del IRRI; es de porte semi-enano, de altos rendimientos (7,000-8,000 kg/ha) y responde bien a la fertilización. Es susceptible a toxicidad férrica (Ubiera 1999). Para información relacionada a la Estación Experimental Juma visitar el portal del IDIAF www.idiaf.org.do. Estación Experimental Arroyo Loro: esta otra estación está situada en San Juan de la Maguana y se especializa en leguminosas, arroz y frutos menores (maíz, yuca, batata, guandul, caupí, etc.). La misma fue fundada en 1978. La estación ha producida variedades de habichuela que han ayudado a productores y consumidores de manera notable; entre ellas están: PC-50, CIAS-95, Primavera, Anacaona, Blanco San Juan, Saladín 97, Buena Vista, JB-178, Yaconín, Arroyo Loro Negro, siendo estas variedades de frijol. En guandul se liberaron IDIAF Navideño e IDIAF Primor. La estación ha sido durante muchos años un soporte técnico importante en donde se ofrecen entrenamientos y charlas a técnicos, estudiantes y productores. También se han establecido numerosos ensayos en manejo de cultivo y control de plagas y enfermedades. Para más información sobre la estación ver www.idiaf.org.do.



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Literatura relacionada Cepeda, J. 2009. Apuntes de Fertilidad de Suelos II. Escuela de Agronomía. Universidad Autónoma de Santo Domingo. Santo Domingo. Republica Dominicana. Epstein, E. 1972. Mineral nutrition of plants: principles and perspectives. John Wiley and Sons. New York. Kaspar, T.; Moorman, T.; Logsdon, S. 1992. The National Soil Tilth Laboratory and Rhizotron (NSTL). In: H. Reetz (Ed.), Proceedings of Roots of Plant Nutrition Conference. Champaing, Illinois Liebig, J. 1849. Chemistry in its relation to Agriculture and physiology. John Wiley and Sons. New York Millar, C.E. 1955. Soil Fertility. John Wiley and Sons. New York. SEA (Secretaria de Estado de Agricultura). 1980. Juma-57: 18 años en el campo dominicano. Centro de Investigaciones Arroceras (CEDIA). Santo Domingo. Republica Dominicana. Tisdale, S.L. and Nelson, W.L. 1970. Fertilidad de los Suelos y Fertilizantes. Ed. Montaner y Simón, S.A. Barcelona. España. Tisdale, S.L., Nelson, W.L. and Beaton, J.D. 1985. Soil Fertility and Fertilizers. Fourth Edition. Macmillan Publishing Company. New York. Russell, E.J. and E.W. Russell. 1950. Soil conditions and Plant Growth. Eight Edition. Longmann, Green &Co. London. Ubiera, A.A. 1999. Departamento Técnico FERQUIDO. Santo Domingo. Republica Dominicana. Comunicación personal.



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Capítulo II

Factores de crecimiento y sistema de producción agrícola



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Capitulo II

Factores de crecimiento y sistema de producción agrícola

Introducción Para producir a máxima capacidad se deben controlar alrededor de 50 factores de producción que están relacionados al suelo, al clima y a la planta. El presente capítulo tiene como objetivos generales introducir al lector en dos temas relacionados a las siguientes preguntas:

1. ¿Por qué crece una planta? 2. ¿Cuáles son los principales factores de suelo, clima y cultivo que se deben

controlar o mejorar para producir a máxima capacidad? Sin la intervención del hombre las plantas crecen y producen de manera natural en islas y zonas aisladas, la producción, sin embargo, es sostenible pero muchas veces con bajos rendimientos. Con el crecimiento de la población mundial, el hombre busca rendimientos más altos para satisfacer la creciente demanda de alimentos y bienes. Para alcanzar o tratar de obtener los máximos rendimientos, se modifican las condiciones físicas y químicas de los suelos, se cambian los patrones de cultivo y se utilizan los datos climáticos de una manera tal que los cultivos crezcan en las épocas donde el clima es más benigno o cuando hay menores riesgos de perdidas de cosechas. Todo lo que hace el hombre dentro de un sistema de producción agrícola para aumentar los rendimientos y reducir los efectos perjudiciales del clima se conoce como manejo agronómico. Ejemplos de manejo agronómico son: la preparación del suelo, la fertilización, la época de siembra, la densidad de siembra, la poda, el control de malezas, plagas y enfermedades, etc. Para producir a máxima capacidad se deben conocer los aspectos de fertilidad de suelos pero también los otros 50 factores que pueden afectar la productividad de los cultivos y que se deben controlar o modificar mediante el manejo agronómico. Por esas razones se hace necesario tocar esos temas en el presente capitulo. En los párrafos siguientes se tratan los temas relacionados a las razones por las cuales crece una planta y se mencionan los aspectos de suelo, clima y cultivo para mejorar los rendimientos.



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Factores de crecimiento A finales del siglo XX varios científicos de todo el mundo habían hechos aportes para describir las diferentes etapas de la fotosíntesis, proceso principal por el cual crecen las plantas. Algunas ideas sobre el tema habían surgidos de Jean Senebier filósofo e investigador suizo y de Jan Ingenhousz investigador holandés. A fines de 1940, Melvin Calvin (1911-1997), químico norteamericano y premio Nóbel (1961) estableció los principales procesos en que se fundamenta la fotosíntesis. El proceso fotosintético lleva por nombre “Ciclo de Calvin” en honor a los aportes del Profesor Calvin y sus colaboradores. Con la definición del proceso fotosintético se habían identificado siete (7) factores de crecimiento, los cuales se dividían en interno y externos. Los factores de crecimiento son: internos (genética) y externos (luz, agua, temperatura, CO2, O2 y nutrimentos). Los externos pueden acelerar o desacelerar el proceso fotosintético y por tanto afectan la tasa de crecimiento. A continuación se presentan algunos detalles sobre los mismos.

Factor interno 1) Genética: es un factor interno que determina el tamaño máximo de la planta y otras características como color y altura del tallo, forma y color de las hojas, tamaño del fruto y de la semilla, acidez y grado brix del fruto, etc. Es un factor específico por especie y también define el fenotipo de los animales; el punto clave es el ADN de cada especie.

Factores externos 2) Luz: es indispensable para la fotosíntesis. 6CO2 + 12H2O + luz + clorofila → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (glucosa + oxígeno + agua) Prácticamente todo el que ha sembrado arroz en la Republica Dominicana ha observado que los rendimientos del ciclo de primavera (siembra del 15 de enero al 15 de marzo) son superiores a los del ciclo de invierno (siembra julio-agosto). Este fenómeno está asociado a fotoperíodos y temperaturas menores a las del ciclo de primavera y su relación con la fotosíntesis. Un estudio realizado en Perú (Sánchez, Ramírez y Pérez, 1974), muestra el efecto de la falta de luz sobre el crecimiento del arroz (Tabla 2.1). Lo mismo puede ocurrir, en sentido general, para la mayoría de los cultivos. Tabla 2.1 Efecto principal de la radiación solar en el rendimiento grano y parámetros de crecimiento en el cultivo de arroz. Los datos corresponden a medias de cuatro variedades (Sánchez, Ramírez y Pérez, 1974).

Radiación solar

Rendimientos ton m/ha

Relación grano/paja

Materia seca ton m/ha

Altura planta en cm

100% 6.43 (+70%) 1.22 (+15%) 12.25 (+66%) 116 (+5.4%) 57% 3.78 1.06 7.38 110



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3) Agua: es necesaria para la fotosíntesis y para la absorción de los nutrientes por las raíces y para el transporte de sustancias dentro de la planta. La falta de agua produce efectos devastadores en los cultivos. 4) Temperatura: para la mayoría de las plantas el rango normal de temperatura favorable al crecimiento oscila entre 15 y 40 grados centígrados; a temperatura mayores o menores que esas la tasa de crecimiento decrece y la fotosíntesis se afecta. La temperatura afecta la fotosíntesis, la respiración, la permeabilidad de la pared celular, la velocidad de absorción de agua y nutrientes, la transpiración, la actividad de las enzimas y la coagulación de las proteínas. El efecto de la temperatura sobre las plantas varía con cada especie. 5) Oxígeno: su presencia en la rizósfera es importante pues estimula el crecimiento radicular y la absorción de nutrimentos. Sin oxigeno en el suelo, por ejemplo, se han reportado en diferentes cultivos una reducción significativa en la absorción del nutriente potasio. Un buen ejemplo sobre este tema se ofrece en la Tabla 2.2 con datos de Arnon y Hoagland. Tabla 2.2 Efectos de la aireación de una solución hidropónica en la absorción de algunos nutrientes por plantas de tomate (según Arnon y Hoagland, 1940) Nutriente No aireado Aireado K+…………………………506……………………….738 NO3-………………………776………………………1074 H2PO4-……………………118………………………..160 Ca2+………………………329………………………..445 Mg2+………………….…..141..………………………197 6) CO2: el carbono es el elemento más abundante en los seres vivos (después del agua); su concentración en la atmósfera es de 0.03% v/v (300 ppm). En ausencia de CO2 no hay fotosíntesis y la planta muere. Si se enriquece la atmósfera con CO2, como puede ocurrir en un invernadero, los cultivos crecerán más rápidamente. Se considera que una concentración de 0.1% v/v (1000 ppm) es ideal para acelerar el crecimiento. En la Tabla 2.3 se presenta un ejemplo del efecto del CO2 en los cultivos. Tabla 2.3 Rendimiento del tomate en función de la concentración de CO2 en un invernadero Concentración CO2 (ppm v/v) Rendimiento kg/m2 Peso fruto (g) 150…………………………….3.92…………………43 430…………………………….6.62…………………51 1500…………………………….8.16…………………55 2870…………………………….5.44…………………51 Fuente: Hey, 1983



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7) Nutrimentos: se conoce que 17 elementos son indispensables para el crecimiento y producción de las plantas. Estos son: C-O-H-N-P-K-Ca-Mg-S-Fe-Cu-Mn-Zn-B-Mo-Cl-y Ni. Durante el transcurso de este curso se ofrecerán detalles sobre este particular.

El sistema de producción agrícola Un sistema vegetal donde no habita el hombre se llama “sistema de producción cerrado”. En un sistema de producción cerrado los rendimientos de los cultivos son bajos o moderados y son una función del tipo de suelo, del clima y de las características de cada planta. El rendimiento se puede expresar de la siguiente manera:

Y = rendimiento (kg/ha) = f (suelo, clima, planta) F = es una función que depende de La producción de la planta (Y) en un sistema cerrado es el producto de la interacción de esos tres factores (suelo, clima y especie de planta). Si el clima es bueno los rendimientos son buenos (manteniendo suelo y especie constantes), pero si el año climático no es el adecuado se tendrán bajos rendimientos. En los sistemas cerrados las plantas generalmente no presentan deficiencias nutricionales porque están adaptadas al ambiente y al suelo, y además, porque existe reciclaje de nutrientes. Con el reciclaje de nutrientes casi todo lo que la planta extrae del suelo vuelve al mismo con la caída de flores, hojas, ramas y frutos. En un ambiente así, existe un equilibrio natural, donde las plantas generalmente no presentan deficiencias, pero los rendimientos pueden ser bajos. Cuando interviene el hombre, se modifica el sistema de producción cerrado y se rompe el reciclaje de nutrientes debido a que los frutos ya no se reciclan en el suelo sino que son enviados a las comunidades y ciudades para servir de alimentos a los seres humanos y a sus animales. Para este último caso, la ecuación del rendimiento tiene un nuevo componente: el manejo agronómico producido por el hombre.

Y = rendimiento (kg/ha) = f (suelo, clima, planta)+ manejo agronómico En vista de que en el sistema humano de producción agrícola no hay 100% de reciclaje de nutrientes, se hace necesario introducir la fertilización ya sea orgánica o mineral para restituir lo que se llevan las cosechas. Si esto no se hace, pueden aparecer las deficiencias nutricionales y los rendimientos pueden ser muy bajos. Pero si se fertiliza, los rendimientos son significativamente más altos que en los ambientes naturales. Con el uso masivo de los fertilizantes se lograron incrementar los rendimientos durante el siglo XX principalmente, sin embargo, posterior a 1960 comenzó a manifestarse una preocupación generalizada debido a la contaminación ambiental causada por agroquímicos y otras sustancias industriales que se usaban en las ciudades. Para reducir la contaminación ambiental y proteger los suelos y acuíferos se está propugnando en la agricultura por un manejo integrado de la nutrición, donde se incluye el uso de labranza mínima, reciclaje de residuos de cosecha, fertilización orgánica y



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mineral, rotación de cultivos, uso de fijación simbiótica de nitrógeno, uso de micorrizas, abonos verdes y otros. De manera tal que se aumenten los rendimientos, se disminuya la contaminación ambiental, se reduzcan la erosión y la desertificación y que los rendimientos sean sostenibles. En pocas palabras, el hombre puede aumentar los rendimientos con el manejo agronómico pero también, sino se toman las medidas adecuadas, puede dañar el ambiente mediante el uso inadecuado de los suelos y los agroquímicos. El manejo agronómico puede ser del suelo, del clima y de la planta pero para que se realice, se deben conocer las propiedades del suelo, de las plantas y del clima que se desean mejorar. Bertsch (1995) señala las propiedades del suelo y los componentes del clima y cultivo que afectan el crecimiento.

Componentes del suelo que afectan el crecimiento Estructura Textura CIC pH Fertilidad Pendiente Contenido de MO Compactación Capacidad de retención de humedad Espesor Muchos de estos aspectos de suelo se tratan en los cursos y publicaciones que tratan sobre Edafología y Conservación de Suelos.

Componentes del clima que afectan el rendimiento Temperatura del aire Radiación solar Precipitación anual Fotoperíodo Humedad relativa Velocidad del viento Composición de la atmósfera

Factores de cultivo que afectan el rendimiento

Especie Variedad Arquitectura de la planta Tolerancia/susceptibilidad a enfermedades



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Con las acciones de manejo agronómico el ser humano persigue mejorar las condiciones favorables al crecimiento o reducir el efecto de los factores desfavorables (de suelo, de clima y de cultivo) como pueden ser: pobre fertilidad del suelo, baja capacidad de retención de humedad, variedad de baja productividad, variedad de días largos, variedad que se acama, fuerte pendiente, etc. A continuación se presentan algunas formas de manejo que se practican con frecuencia en la agricultura para obtener mejores rendimientos (Bertsch, 1995):

Manejo del componente planta

Mejoramiento genético Selección de cultivos, especies y variedades Diseño del arreglo espacial (distancia, densidad) y del arreglo cronológico. Protección del cultivo a través del control de malezas, enfermedades y plagas Utilización de técnicas de cultivo como podas, despunte, deshijo, etc.

Manejo del componente clima

Conocimiento del comportamiento de la lluvia, temperatura, humedad, radiación solar y viento en el sitio de siembra.

Uso de sombra Utilización de cortinas rompevientos Asociación de cultivos para regular la luz y la competencia por nutrimentos. Protección de los recursos naturales.

Manejo del componente suelo

Zonificación y ordenamiento territorial Preparación del terreno Uso de técnicas de conservación como terrazas, curvas de nivel y cobertura

vegetal. Utilización del riego y el drenaje Aplicación de fertilizantes químicos, orgánicos, verdes y foliares. Aplicación de enmiendas.



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Funciones del suelo Para que una planta crezca normalmente el suelo debe proporcionarle lo siguiente: sostén, aire, agua, nutrimentos y reciclaje. El aspecto reciclaje se refiere a la descomposición de los restos orgánicos lo cual aporta nutrientes, produce humus y se evita que la acumulación de restos vegetales sea tan grande como para interferir al propio crecimiento del cultivo por bloqueo físico. Debe destacarse que aunque este curso trata sobre el componente fertilidad del suelo, el crecimiento óptimo de un cultivo viene dado por las prácticas de manejo en sentido global y no solo por el buen manejo de la fertilización. Por tal razón, es necesario evaluar y estudiar todos los factores ya mencionados anteriormente (suelo, clima, planta) para producir buenas recomendaciones o para identificar las causas de los fracasos de las cosechas. Una buena recomendación de fertilizantes no conduce, necesariamente, a buenos rendimientos.

Referencias

Arnon, D.I., and Hoagland, D.R. 1940. Crop production in artificial culture solutions and in soils with special reference to factors influencing yields and absorption of inorganic nutrients. Soil Sci. 50, 463-483 Bertsch, F. 1995. La fertilidad del suelo y su manejo. Asociación Costarricense de la Ciencia del Suelo. San José. Costa Rica. Hey, G. 1983. No publicado. Glasshouse Crops Res. Exp. Stn. Naaldwijk, The Netherlands. Citado por J.G. Atherton and J. Rudich en The Tomate Crop, 1986. Chapman and Hall. London.

Sánchez, P.A., Ramirez, G.E y C. Pérez. 1974. Effects of solar radiation on the varietals response of rice to nitrogen on the Coast of Peru In: Bornemisza, E. y A. Alvarado (Ed.). Soil Management in Tropical America. Gordon Press Publishers. New York



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Cuestionario sobre factores que afectan el desarrollo de las plantas 1. Imagínese una isla desierta con bosques, praderas y animales pero sin seres

humanos; ¿cómo esta compuesto un sistema de producción agrícola allí? 2. Imagínese la isla de Jamaica con bosques, praderas y animales y con seres

humanos realizando actividades agrícolas e industriales; ¿cómo está compuesto un sistema de producción agrícola allá?

3. Imagínese un bosque natural, sin la intervención de los seres humanos, según su

mejor apreciación, ¿por qué se producen pocas deficiencias nutricionales en las plantas?

4. Entre los componentes que afectan el rendimiento de los cultivos está “el

manejo del Cultivo”; menciones cuatro (4) aspectos relacionados con el manejo de los cultivos.

5. El clima también afecta los rendimientos de los cultivos; mencione cuatro (4)

aspectos del clima que pueden afectar el rendimiento.

6. Mencione cuatro aspectos relacionados con el suelo que pueden afectar el

rendimiento de los cultivos. 7. Visto lo anterior (4,5, 6), ¿se pueden lograr altos rendimientos con solo aplicar

las dosis y los productos correctos en la fertilización?

8. Cuales son las funciones generales de un suelo respecto a las plantas, o sea, ¿qué

debe darle un suelo a una planta?



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Capítulo III

Relaciones suelo-planta y formas de los nutrientes en el suelo



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CAPITULO III

Relaciones suelo-planta y formas de los nutrientes en el suelo

Introducción

El propósito del presente capitulo es introducir al lector en el mundo de los nutrientes y sus relaciones en el suelo. Aquí se mencionan los 17 elementos esenciales para los vegetales; también se señalan aquellos elementos químicos que las raíces absorben pero que no tienen gran importancia porque no participan de ningún proceso fisiológico positivo para las plantas. Se mencionan de donde provienen los 17 nutrientes y como se pueden perder; cómo se encuentran en el suelo (disponibles y no disponibles) y como llegan a estar en contacto con la raíz. Al llegar a la raíz, los nutrientes son absorbidos mediante dos mecanismos: absorción pasiva y activa. La absorción pasiva (y también la activa), se introducen de manera muy breve, porque es un tema que normalmente se trata en las asignaturas de Fisiología Vegetal de la Escuela de Agronomía, por tanto, se recomienda consultar esos apuntes o un libro de Fisiología Vegetal en caso de que exista mayor interés sobre ese tema. El conocimiento de todos estos procesos es muy importante e introduce al lector en las relaciones suelo-planta que son básicas al punto de vista de la fertilidad de suelos.



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Los nutrientes esenciales para las plantas Actualmente se estima que, al menos, 17 elementos son esenciales para el desarrollo de las plantas; estos 17 elementos se detallan a continuación: Carbono, hidrógeno y oxigeno (3) Nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre (6) Hierro, cobre, manganeso, zinc, boro, cloro, níquel y molibdeno (8) Los elementos nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre son conocidos como macronutrientes y son extraídos en cantidades significativas. Los nutrientes hierro y cobre y los otros seis son conocidos como micronutrientes porque se consumen en cantidades muy pequeñas. Los elementos carbono, oxigeno e hidrógeno constituyen la mayor parte de una planta alcanzando en conjunto alrededor de un 94-96% de la misma (ver tabla 3.5 más adelante). Según Arnon and Stout (1939) un elemento es esencial, de acuerdo con los criterios siguientes, cuando:

a) La exclusión estricta del elemento resulta en crecimiento anormal, fallo en completar su ciclo de vida o muerte prematura de la planta.

b) El elemento tiene funciones específicas dentro de la planta y no puede ser

reemplazado por otro elemento y esto, a su vez, hace que la deficiencia aguda del elemento produce algunos síntomas bien definidos de enfermedad que no se producen por la deficiencia de cualquier otro elemento.

c) La enfermedad por deficiencia puede curarse mediante el suministro del

elemento particular, antes de que el sistema vital haya sido seriamente dañado.

d) El elemento debe ejercer sus efectos directamente sobre el crecimiento o el metabolismo de la planta y no en base a efectos indirectos como antagonismo contra un elemento que se encuentra presente en niveles tóxicos en el suelo.

De los elementos citados más arriba, tres son obtenidos a partir del aire y del agua, ellos son: carbono, oxigeno e hidrógeno. De ahí la extraordinaria importancia del suelo como suplidor de los 14 nutrientes restantes. La esencialidad de los nutrientes (uno a uno) fue establecida por varios científicos, principalmente entre los años 1800 y 1987, según se puede observar en la tabla 3.1 siguiente.



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Tabla 3.1 Descubrimiento de elementos químicos y de su esencialidad en las plantas (adaptado de Glass, 1989)

Elemento Descubridor Año Esencialidad Año

C * * De Saussure 1804 H Cavendish 1766 De Saussure 1804 O Priestley 1774 De Saussure 1804 N Rutherford 1772 De Saussure 1804 P Brand 1772 Vile 1860 K Davy 1807 Vonsachs, Know 1860 Ca Davy 1808 Vonsachs, Know 1860 Mg Davy 1808 Vonsachs, Know 1860 Fe * * Vonsachs, Know 1860 S * * Vonsachs, Know 1865

Mn Scheele 1774 McHargue 1922 Zn * * Sommer and

Lipman 1926

B Davy/Gay Lussac/Thenard

1808 Sommer and Lipman

1926

Cu * * Sommer (**) 1931 Mo Hezlm 1782 Arnon and Stout 1939 Cl Scheele 1774 Stout 1954 Ni Cronstedt 1751 Brown (***) 1987

(*) Elementos conocidos desde tiempos antiguos; (**) Sommer, Lipman and MacKinnon (***) Ver referencias

Formas de absorción por las raíces En la tabla 3.2 se destacan las formas en que los nutrientes que se encuentran en el suelo son absorbidos por las raíces. Nótese que son iones tanto positivos o negativos. Tabla 3.2 Formas de absorción de los nutrientes por las raíces Nitrógeno: NO3- y NH4+ Hierro: Fe2+, Fe3+

Fósforo: HPO42- y H2PO4- Manganeso: Mn2+, Mn3+

Potasio: K+ Cobre: Cu2+ Calcio: Ca2+ Zinc: Zn2+ Magnesio: Mg2+ Boro: H2BO3- Azufre: SO42- Molibdeno: MoO42-

Níquel: Ni2+



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Como regla general, los fertilizantes químicos que se aplican a los cultivos contienen una o dos de las formas de absorción mencionadas en la Tabla 3.2

Origen de los nutrientes del suelo Los nutrientes del suelo provienen de la meteorización de los minerales y rocas (Fig. 3.1), la misma puede ser física, química y biológica. La meteorización conduce a la disolución de las moléculas y esto, a su vez, produce la liberación de los nutrientes. El nitrógeno constituye la principal excepción a esta regla, pues este nutriente proviene del aire, de la descomposición de la materia orgánica y de la acción de los microorganismos fijadores de nitrógeno. En el caso del aire, las descargas eléctricas de las lluvias transforman el nitrógeno molecular del aire (78% N2) en nitratos (NO3-) y éste cae al suelo con la lluvia. El nitrógeno es luego absorbido y transformado en material viviente y finalmente reciclado a medida que los seres vivos se alimentan y después mueren. Esto significa que gran parte del nitrógeno del suelo proviene del reciclaje de la materia orgánica. En la sección sobre nitrógeno (Capitulo 4), se darán más detalles al respecto.

Fig. 3.1 Origen de los nutrientes del suelo a partir de la meteorización de las rocas y minerales

Minerales primarios

Rocas

Meteorización: física, química y biológica

Nutrientes: P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Cu, Zn, Cl, B, Mo, Ni

Minerales secundarios: arcillas, calizas, etc.



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A continuación se presentan algunos de los minerales más abundantes en la corteza terrestre y que están estrechamente relacionados con la fertilidad de los suelos. Tabla 3.3 Minerales abundantes en la corteza terrestre Minerales Elementos contenidos Cuarzo Hornablenda Ortoclasa Microclina Epidota Biotita Moscovita Zircon Clorita Turmalina Plagioclasa Apatita

Si Ca-Mg-Fe-Si K-Al-Si K-Al-Si Ca-Fe-Al-Si-H K-Mg-Fe-Al-Si-H K-Al-Si-H Zr-Si Mg-Fe-Al-Si-H Na-Al-B-Si-H Na-Ca-Al-Si Ca-P-(Cl/F)

Con respecto al cuadro anterior se tiene que al meteorizarse la apatita ésta liberará fósforo, calcio y cloro o fluor. Un comportamiento similar se puede esperar de cualquier otro mineral. De esta manera, los suelos se enriquecen en uno o varios de los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas. La lixiviación (lavado de los iones hacia la parte profunda del subsuelo) es una importante causa de pérdida de la fertilidad de los suelos. Cuando los nutrientes son absorbidos se acumulan en las hojas, tallos, flores, frutos y raíces, en cada sección se alcanza una concentración normal que es propia de cada especie y que permite el normal crecimiento del órgano y de la planta. Esto significa que la concentración varía según especie, edad y parte muestreada. En la Tabla 3.4 se presenta la concentración promedio de nutrientes en la materia seca de un vegetal cualquiera (Epstein, 1965). Un aspecto que es necesario destacar es que algunos elementos son importantes para los animales como el sodio, el cobalto y el yodo, mientras que otros como el boro y el molibdeno son esenciales para las plantas pero no para los animales.



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Tabla 3.4 Concentración aproximada de los nutrientes en una planta cualquiera (Epstein, 1965)

Elemento Símbolo mg/kg (ppm)

% Rel. No. átomos

Molibdeno Mo 0.1 1 Cobre Cu 6 100 Zinc Zn 20 300 Manganeso Mn 50 1,000 Hierro Fe 100 2,000 Boro B 20 2,000 Cloro Cl 100 3,000 Azufre S 0.1 30,000 Fósforo P 0.2 60,000 Magnesio Mg 0.2 80,000 Calcio Ca 0.5 125,000 Potasio K 1.0 250,000 Nitrógeno N 1.5 1,000,000 Rel. No. Átomos = relación de átomos con respecto al molibdeno Es importante destacar que los microelementos en la Tabla 3.4 y en los análisis foliares se expresan en ppm (mg/kg), estos son: Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Cl, Ni; mientras que los elementos mayores se expresan en porciento: N, P, K, Ca, Mg, y S. Para llevar de % a ppm se multiplica el % por 10,000. % x 10,000 = ppm = mg/Kg Cuando se analiza una planta cualquiera los valores típicos representativos se presentan en la tabla siguiente, incluyendo aquellos elementos que las plantas absorben y que no utilizan para ningún proceso fisiológico (esos son los que están sombreados de gris en la tabla 3.5).



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Tabla 3.5 Concentración de nutrientes y de elementos no nutrientes en una planta (Market, 1992)

Elemento % ppm (mg/kg) Carbono 44.5

Hidrógeno 6.5 Oxigeno 42.5

Nitrógeno 2.5 Fósforo 0.2 Potasio 1.9 Calcio 1.0

Magnesio 0.2 Azufre 0.3 Hierro 150

Manganeso 200 Zinc 50

Cobre 10 Boro 40 Cloro 200

Molibdeno 0.5 Níquel 1.5

Bario 40

Arsénico 0.1 Cadmio 0.05 Cobalto 0.2

Aluminio 80 Sodio 150 Plomo 1.0 Silicio 10,000 Cromo 1.5

Vanadio 0.5 Estroncio 50

Nota: en gris algunos elementos no nutrientes pero que son absorbidos por las raíces.



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Formas en que se encuentran los nutrientes en el suelo Los nutrientes que se encuentran en el suelo no siempre están al estado disponible para las plantas, por tanto, se dividen en disponibles y no disponibles (Fig. 3.2). Los disponibles se encuentran en el suelo en dos formas: forma soluble y forma intercambiable. Los no disponibles se encuentran en tres formas: forma insoluble, formando parte de un mineral y atrapado entre las laminas de las arcillas.

Nutrientes en el suelo

Disponibles No disponibles

Solubles Intercambiables InsolubleFormando parte

de un mineralAtrapado entre

laminas de arcillas

Fig. 3.2 Formas en que se presentan los nutrientes en el suelo La forma soluble ocurre cuando el elemento se encuentra disuelto en la solución de suelo. Se conoce como solución del suelo aquella parte del agua que es retenida por el suelo y que contiene sales y otras sustancias disueltas. Cuando se fertiliza un cultivo se le agregan sales solubles, o sea, sales que al hacer contacto con el agua del suelo se disuelven. Muriato de potasio KCl----- agua del suelo---- K+ + Cl- Sulfato de amonio (NH4)2SO4 ----agua del suelo -- 2NH4+ + SO4= Si el suelo está muy húmedo, las sales permanecen al estado iónico, y si está muy seco precipitan y, a veces, se ven sobre la superficie. Cuando los elementos están al estado iónico pueden ser fácilmente absorbidos por las plantas.



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Los elementos solubles se analizan en el laboratorio a partir de un análisis de pasta saturada. En resumen, los elementos solubles están en el suelo al estado iónico o formando parte de una sustancia soluble, como por ejemplo una sal que se disuelve. Los elementos intercambiables se encuentran retenidos sobre la superficie de los coloides atraídos por las cargas negativas de los mismos (ver Fig. 3.3). Estas cargas se originan por sustitución isomórfica en las arcillas y por ionización de los grupos hidroxilos de los bordes de las arcillas. También aparecen cargas negativas en la materia orgánica descompuesta (humus). El fenómeno mediante el cual los elementos se colocan sobre la superficie de los coloides se denomina adsorción y entonces se dice que el calcio o el potasio están adsorbidos, etc. Mediante el intercambio catiónico los elementos positivos pasan de la superficie del coloide a la solución de suelo y viceversa (Fig. 3.3). Las plantas pueden absorber tanto los elementos intercambiables como los solubles, es decir, los disponibles y éstos se analizan en los laboratorios de suelo mediante soluciones extractoras adecuadas (por ejemplo: acetato de amonio 1 N pH 7.0).

Fig. 3.3 Movimiento del potasio en el suelo presentando las formas solubles e intercambiables



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Los nutrientes no disponibles se detallan a continuación: Forma insoluble: el nutriente se encuentra formando parte de un compuesto insoluble, por ejemplo: Ca3 (PO4)2 (fosfato tricálcico), FePO4, AlPO4 y otros. Formando parte de un mineral: ejemplo KAlSi3O8 Atrapado entre las laminas de las arcillas: los elementos potasio y amonio (NH4+), por su pequeño tamaño, pueden penetrar entre las láminas de las arcillas del tipo 2:1 y cuando están allí no pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas. Es importante destacar que la forma intercambiable constituye una reserva inmediatamente disponible para las plantas y que la aparición de las cargas negativas en los coloides del suelo es un importante fenómeno que impide que los nutrientes sean lixiviados con facilidad. Sin las cargas negativas de los coloides, bastarían unos pocos aguaceros o riegos para que los suelos se empobrezcan en nutrientes; las cargas negativas, pues, ayudan a preservar la fertilidad de los suelos.

Mecanismos mediante los cuales los nutrientes llegan a la raíz Para que ocurra la absorción de los nutrientes es necesario que éstos tengan contacto con las raíces; existen cuatro mecanismos que permiten ese contacto, ellos son: intercepción radicular, difusión, flujo de masas y micorrizas. Intercepción radicular: como su nombre lo indica, este proceso ocurre cuando al crecer las raíces van explorando más partículas de suelo poniéndose la misma en contacto con el nutriente. Sin embargo, se ha demostrado que apenas de un 1-3% aproximadamente del suelo de la rizósfera se pone en contacto con las raíces. Por tanto, este es un mecanismo de poca importancia y puede ser importante para aquellos nutrientes de poca movilidad en el suelo como son el calcio y el magnesio. Difusión: ocurre cuando el nutriente, obedeciendo los principios de la difusión, pasa de una zona concentrada del suelo a una menos concentrada cercana a la raíz. Normalmente, la zona cercana a la raíz es una zona de baja concentración debido a la absorción de los nutrientes. La difusión es importante para el potasio y el fósforo. Flujo de masas: se llama así al movimiento del agua hacia la raíz producto del gradiente de succión producido por la transpiración de la planta; de esta manera, aquellos nutrientes que se encuentran en la solución de suelo se mueven hacia la raíz al producirse la absorción de agua. Es el más importante de los tres procesos, especialmente con los aniones. Se estima que entre la difusión y el flujo de masas son responsables de más de un 95% de la absorción de los nutrientes. ¿Cual será la repercusión de una sequía, en cultivo de secano, en un plan de fertilización?



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Micorrizas: las micorrizas son hongos que viven asociados a las raíces de muchas plantas. Parte del cuerpo de las micorrizas vive dentro de la raíz y la otra parte fuera de la misma, buscando agua y nutrientes (Fig. 3.4). Dentro de la raíz, las micorrizas consiguen sustancias orgánicas que les sirven de alimentos y, a cambio, le ceden a la planta parte de los nutrientes que consiguen en el suelo. Esta es una relación simbiótica que está recibiendo mucha atención debido al gran número de micorrizas que se han detectado, sobre todo, en países de zonas templadas. Hasta ahora, se tiene buena documentación en el efecto favorable de las micorrizas para la obtención de fósforo por parte de las plantas. Se estima que las micorrizas ayudan a la absorción del fósforo de tres maneras (Crush, 1973; Gerdemann, 1968):

1. Modificación química de la rizósfera y solubilizando fósforo (Fig. 3.5). 2. Incrementando la superficie de exploración de las raíces (“alargando los pelos

radiculares” por medio de las hifas del hongo y, por tanto, reduciendo la distancia de difusión del P).

3. Debido a lo fino que resultan las hifas, éstas pueden penetrar en busca de nutrientes en poros minerales y de materia orgánica donde las raicillas no pueden.

Fig. 3.4 Diagrama esquematizado de una raíz infectada por una micorriza del tipo vesicular arbuscular



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Figura 3.5 Ejemplo del incremento en la absorción del fósforo para el clover inoculada y sin inoculación con micorriza.

Penetración de los nutrientes a las raíces y a las células

Existen dos procesos de absorción o penetración de nutrientes a las raíces y a las células: absorción pasiva y activa (Havlin et al, 1998). Absorción pasiva: en este proceso los iones que se encuentran en la solución de suelo penetran al llamado “espacio libre intercelular” sin consumo de energía por parte de la planta. Este proceso puede ser realizado por difusión y por intercambio iónico. Cuando ocurre por difusión, se explica debido a que en el interior de la raíz existe una menor concentración de iones debido a que estos se mueven hacia la parte superior de la planta, donde más se les necesita. Por el contrario, en el lado externo de la raíz (la solución de suelo) la concentración es mayor, dando lugar a la penetración por difusión. Cuando es por intercambio iónico, se explica porque al interior de la raíz hay zonas con muchas cargas positivas o negativas, y los iones externos son atraídos por esas cargas. Cuando se absorbe un ión positivo, como el K+, la raíz expulsa un H+ para mantener el equilibrio eléctrico. Durante estos dos procesos no se produce gasto de energía para la absorción de los nutrientes. Absorción activa: un ión puede estar dentro de la raíz pero no dentro de la célula, que es donde realmente se le necesita; para penetrar a la célula, el ión debe atravesar el plasmalemma o membrana plasmática. En vista de que dentro de la célula la concentración de iones es alta, la penetración no puede ocurrir por difusión y se requiere vencer el gradiente de concentración que se opone a la penetración. Por consiguiente, se requiere gasto de energía para vencer este gradiente. La teoría más aceptada es que existe un “mecanismo transportador de iones” capaz de atraparlo fuera de la célula, cruzar la membrana plasmática, soltarlo dentro de ella y regresar a su lugar de origen, fuera de la célula, donde se restituye y podría transportar al siguiente ión. En los Anexos 1, 2 y 3 se presentan figuras relacionadas a la absorción de nutrientes por las raíces y al movimiento de los nutrientes en el suelo.



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Literatura relacionada

Arnon, A.I. and P.R. Stout. 1939. The essentiality of certain elements in minute quantity for plants with special reference to copper. Plant Physiology 14 (3):371-375 Arnon, A.I. and P.R. Stout. 1939. Molybdenum as an essential element for higher plants. Plant Physiology 14 (3):599-602 Brown, P.H., R.M. Welsh and E.E. Cary. 1987. Nickel: a micronutrient essential for higher plants. Plant Physiology 85:801-803 Crush, J.R. 1973. The effect of rhizophagus tenius mycorrhizas on rye grass, cocksfoot and sweet vernal. New Phytol. 72: 965-973. Epstein, E. 1965. Mineral Nutrition, pp. 438-466. In: J. Bonner and J.E. Verner (Eds.), Plant Biochemistry. Academic Press. New York, NY. Gerdemann, J.W. 1968. Vesicular-arbuscular mycorrhiza and plant growth. Ann. Rev. Phytopath. 6: 397-418. Glass, A.D.M. 1989. Plant Nutrition: An introduction to current concepts. Jones and Bartlett Publishers. Boston. MA. Havlin, J.L., Beaton, J.D., Tisdale, S.L. and W.L. Nelson. 1998. Soil Fertility and Fertilizers. Sixth edition. Prentice Hall. New Jersey. Instituto de la Potasa y Fósforo. 1988. Manual de la Fertilidad de los Suelos. Atlanta. Georgia. Lüttge, U. and Higinbotham, N. 1979. Transport in Plants. Springer-Verlag. New York Market, B., 1992. Presence and significance of natural occurring chemical elements of the periodic system in the plant organism and consequences for future investigations on inorganic environmental chemistry in ecosystems. Vegetation 1203: 1-30



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Anexo 1: Penetración de cationes y aniones en la raíz

En el diagrama: Fig. 3.1 Cation Exchange: intercambio de cationes y aniones en la raíz Para penetrar la raíz por difusión: los iones positivos y negativos se mueven de la solución de suelo (zona más concentrada) hacia dentro de la raíz (zona menos concentrada), ejemplo Mg2+ y NO3- Para penetrar la raíz por intercambio catiónico: la raíz posee cargas negativas internas que atraen los cationes; si penetra un catión (K+), sale un H+ con fines de mantener el equilibrio eléctrico. Si entra un anión (NO3-) entonces sale otro anión (OH-).



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Anexo 2: Movimiento de los iones en el suelo (1/2)

En el anexo 2: Fig. 3.2 Movimiento de los nutrientes en el suelo, zona de flujo de masa y zona de intercepción radicular y difusión. En la Fig. 3.3 Intercepción radicular; los nutrientes son adquiridos por contacto directo, se pueden extraer 1% o menos en base al volumen de suelo. En la Fig. 3.6 Flujo de masa; los nutrientes se mueven con el agua en el suelo debido al flujo de masas producido por la transpiración en las hojas.



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Anexo 3: movimiento de iones en el suelo (2/2)



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Anexo 4: Copia de un análisis de suelos para la zona de Barahona; ¿Cuáles nutrientes esenciales se incluyen en este reporte?

Instituto Dominicano de Investigaciones Agropecuarias y Forestales - IDIAF

Laboratorio de Suelos

Reporte de Análisis de Suelos Cliente: Froilan Tejeda Solicitante: José Cepeda Provincia /Municipio/Sección: Barahona/Barahona Cultivo: Yuca Fecha: 31-08-09

09AG-004 Elementos analizados

Unidad de análisis M-1

Valores deseables

pH 1:2 H2O - 8.0 5.8-6.8 CE 1:2 H2O mmho/cm 0.26 < 1.00 CaCO3 Presencia + (+) presente Calcio (Ca2+) Meq/100 g 27.68 > 5.00 Magnesio (Mg2+) Meq/100 g 5.65 >1.50 Potasio (K+) Meq/100 g 1.24 >0.45 Sodio (Na+) Meq/100 g 0.46 < 1.25 H+ + Al3+ Meq/ 100 g 0.00 < 1.00 CIC Meq/100 g 35.04 10-40 Ca/Mg - 4.9 2-10 Mg/K - 4.6 2-12 Ca+Mg/K - 26.9 15-60 PS-Al % 0.0 < 15% PS-Na % 1.3 < 5% Fe2+ ppm 17.2 10-100 Mn2+ ppm 3.8 10-50 Cu2+ ppm 9.0 3-15 Zn2+ ppm 0.7 3-15 P ppm 51 >28 Materia orgánica % 3.21 3.5-6.5 Arena % 35-55 Limo % variable Arcilla % variable Textura -

Símbolos: < menor que; > mayor que P: analizado por Mehlich-3; Ca-Mg-K-Na usando acetato de amonio 1N pH 7.0 Nota: Información cedida por el propietario de los análisis.

Centro de Tecnologías Agrícolas, CENTA La Duquesa, Pantoja, calle Primera No. 15. Santo Domingo Oeste, República Dominicana,

TEL. (809) 564-4401,02; Fax (809) 564-4400



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Cuestionario sobre el Capitulo III

Relación suelo-planta y formas de los nutrimentos en el suelo

1- Mencione los 17 nutrimentos esenciales para el desarrollo de las plantas. 2- Mencione tres requisitos para que un nutrimento se considere esencial.

3- Mencione el nombre de un importante mineral que aporta fósforo al suelo.

4- Mencione el nombre de dos importantes minerales que aportan K al suelo.

5- ¿Son los aniones móviles en el suelo? ¿Por qué?

6- ¿Son los cationes móviles en el suelo? ¿Por qué?

7- Mencione las tres formas de un nutriente no disponible en el suelo.

8- Mencione las dos formas de un nutriente disponible en el suelo.

9- Diferencia entre flujo de masas, difusión e intercepción radicular.



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10- ¿De donde proviene la riqueza del suelo en nitrógeno?

11- Mencione dos nutrientes que son importantes para las plantas pero que no lo son para los animales.

12- ¿Mejora el riego por goteo la difusión de nutrientes y el flujo de masas?

13- En medio de una fuerte sequía fertilizo, ¿vía suelo o vía foliar?

14- Escriba las formas en que las raíces absorben el nitrógeno.

15- Escriba las formas en que las raíces absorben el fósforo.

16- Escriba las formas en que las raíces absorben el potasio y el azufre. 17- ¿Qué diferencia hay entre las palabras adsorción y absorción?



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Capítulo IV

Ciclo de los nutrimentos



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Capítulo IV

Ciclo de los nutrimentos

Introducción

Para hacer un uso racional de los fertilizantes y de los recursos naturales, y a la vez, evitar la contaminación ambiental, se hace necesario conocer como los suelos ganan y pierden nutrientes; en otras palabras, conocer el ciclo de los nutrientes en el suelo. Básicamente, con el ciclo de los nutrientes, se persigue conocer las respuestas a las siguientes preguntas:

1. ¿Cuáles son las principales transformaciones que sufren los nutrientes en el suelo?

2. ¿Cuáles son las principales formas en que se pierden los nutrientes? Las respuestas a estas dos preguntas forman parte de la base teórica que permite tomar las mejores decisiones al momento de hacer una recomendación de fertilización. Por ejemplo, si un suelo posee un elevado contenido de elementos gruesos o de arena, debe evitarse el uso de nitrógeno nítrico (NO3-) por su fácil lixiviación en esas condiciones; si un suelo tiene un pH de 4.6 debe evitarse la aplicación de fosfatos, en ese momento, debido a la elevada tasa de pérdida por precipitación con hierro y con aluminio. Si un suelo es calcáreo, con pH superior a 8.0, debe evitarse el uso de urea en superficie y con el suelo seco debido a que las perdidas de nitrógeno en forma de amoniaco (NH3) pueden ser muy elevadas, y así sucesivamente aparecen más y más ejemplos. En resumen: para hacer buen uso de los fertilizantes y realizar recomendaciones apropiadas al punto de vista económico y ambiental se hace necesario conocer el comportamiento de los nutrientes en los diferentes suelos y ambientes. De los 17 nutrientes necesarios para las plantas se discutirán, más adelante, los ciclos del nitrógeno, del fósforo, calcio, magnesio, potasio y microelementos de carga positiva (Fe, Cu, Mn y Zn). De todos esos ciclos de nutrientes, uno de los más interesantes lo es el ciclo del nitrógeno. El entendimiento del ciclo del nitrógeno (y de los demás nutrientes) permite mejorar las recomendaciones de fertilizantes. El objetivo del presente capitulo es describir el ciclo de los nutrientes en el suelo y la naturaleza de sus transformaciones.



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Dinámica del nitrógeno en el suelo Dinámica del N en el suelo: Ganancias y pérdidas. Fijación simbiótica y no-simbiótica. Nitrificación. Lixiviación. Volatización. Desnitrificación. Fijación. Inmovilización.

La descomposición de la materia orgánica del suelo Cuando los restos vegetales y los animales muertos se ponen en contacto con el suelo son atacados por numerosos insectos y millones de bacterias y hongos. De esta manera, el tejido fresco pasa a ser tejido descompuesto y así se inicia la descomposición y mineralización de la materia orgánica (MO). Si la descomposición de la MO ocurre en condiciones aerobias se desprende CO2 y la MO comienza a perder volumen. A medida que la descomposición avanza, las proteínas se rompen al ser atacadas por las enzimas de los microbios y producen aminoácidos (R-NH2). Los aminoácidos, a su vez, son atacados por otras enzimas y se produce la amonificación (formación de amonio a partir de los aminoácidos y de otros compuestos nitrogenados). El amonio (NH4) se libera de la MO y pasa al suelo donde puede ser absorbido por las raíces de las plantas. Junto al amonio se liberan otros compuestos inorgánicos a partir del tejido orgánico original, por ejemplo: PO43-, SO42-, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+,y otros. Todos estos compuestos formaban parte de los tejidos y enzimas de la materia orgánica viva. Debido a la descomposición de la MO, ésta es una fuente de N y de otros nutrientes que pasan a enriquecer el suelo. Resumiendo mineralización y amonificación: Mineralización: es el paso final en la descomposición de la MO donde los compuestos orgánicos se transforman en compuestos inorgánicos muchos de los cuales son nutrientes para las plantas y pueden ser absorbidos por las raíces. La mineralización produce compuestos como los siguientes: NH4+, NO3-, PO43-, SO42-, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+ y otros. Amonificación: es un proceso aerobio en donde a partir de la descomposición de la MO se produce amonio (NH4+), el amonio es una de las formas en que las plantas absorben el nitrógeno por las raíces.

MO => proteínas => aminoácidos => R-NH2 R-NH2 + HOH => NH3 + R-OH + energía

NH3 + HOH => NH4+ + OH

R-NH2 = aminoácido NH3 = amoníaco NH4+ = amonio



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Otro fenómeno que ocurre de manera natural en el suelo y que está relacionado con el nitrógeno es la nitrificación. Nitrificación: es la transformación del nitrógeno amoniacal (NH4+) en nitrógeno nítrico (NO3-). Es realizada por bacterias aerobias a temperaturas que generalmente oscilan entre 15 y 40 grados centígrados. El amonio primero es atacado por nitrosomonas que lo transforman en nitrito (NO2-) y luego por nitrobacterias que llevan el nitrito a nitrato (NO3-).

2 NH4+ + 3O2 2 NO2- + 2H2O + 4H+ 2 NO2- + O2- 2 NO3- La nitrificación produce el radical nitrato (NO3-) el cual es una de las formas mediante la cual las plantas absorben el N por las raíces. No obstante, el nitrógeno nítrico producido se puede perder por lixiviación porque este radical es muy móvil en el suelo.

Ganancias de nitrógeno en el suelo Los siguientes procesos permiten el enriquecimiento de N en el suelo:

1. Lluvias con relámpagos ( producción de NO3-) 2. Descomposición de la materia orgánica (MO) y proceso de mineralización. 3. Fijación simbiótica y no-simbiótica (bacterias y algas verde-azules) 4. Aplicación de abonos industriales y orgánicos.

A continuación se ofrecen detalles sobre esos procesos: 1- Lluvias con relámpagos: el aire esta compuesto por un 78% de nitrógeno molecular (N2), pero ese nitrógeno no es disponible para las plantas ni para los animales. Sin embargo, durante las descargas eléctricas este nitrógeno es transformado en nitrato (NO3) y cae al suelo junto a la lluvia. Las lluvias con relámpagos constituyen una ligera fertilización de campos y ciudades. 2- Descomposición de la materia orgánica: ya se discutió más arriba.

3- Fijación del nitrógeno: algunos microbios del suelo son capaces de fijar nitrógeno atmosférico, el cual posteriormente servirá de alimento a las plantas; existen dos grupos de fijadores: simbióticos y no simbióticos (también llamados fijadores libres).



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3.1- Fijación simbiótica: ocurre con las plantas leguminosas (habichuela, habas, alfalfa, etc.) donde, a nivel radicular, se unen a las raíces bacterias fijadoras de N atmosférico. En las raíces las bacteria forman nódulos donde viven y se multiplican. Las bacterias le ceden N a las plantas y éstas le ceden carbohidratos y otros nutrientes a las bacterias.

Leguminosa + bacteria (Rhizobium) + aire (N2) N orgánico

También existe simbiosis entre un helecho y un alga: Algas verde-azules (anabaena) + helecho acuático (azolla) + aire (N2) N orgánico (Simbiosis: asociación biológica entre dos organismos para obtener beneficio mutuo)

3.2- Fijación no-simbiótica: algunos microorganismos tienen la capacidad de fijar N directamente del aire sin asociarse simbióticamente a ninguna especie vegetal.

Azotobacter (bacteria) + aire (N2) N orgánico Klebsiella (bacteria) + aire (N2) N orgánico

Cuando los microorganismos fijadores no-simbióticos mueren, el nitrógeno orgánico fijado se mineraliza a partir de la descomposición del propio microorganismo.

4- Aplicación de abonos: tanto los abonos orgánicos como los sintéticos pueden aumentar el contenido de nitrógeno del suelo. Los orgánicos contienen entre 0.5 y 4.0% de este elemento mientras que los sintéticos normalmente contienen entre 10 y 46% (el amoniaco anhidro, el cual no se usa en la R.D. por ser un gas, contiene 82% de N).



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Pérdidas de nitrógeno en el suelo

Los siguientes procesos pueden producir perdidas de N en el suelo.

1. Lixiviación de los nitratos (NO3-) 2. Volatización del amoníaco (producción de NH3) 3. Desnitrificación (producción de N2, N2O) 4. Amonio fijado entre las laminas de las arcillas 5. Inmovilización.

1. Lixiviación: es el movimiento de aniones y cationes hacia las capas más profundas del suelo y es realizado por el agua. La lixiviación ocurre fácilmente con los aniones, entre ellos los nitratos

capitulo i historia de la fertilidad de suelos introducción · josé cepeda, uasd, 2010 fertilidad...

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