Agrologia

LA IMPORTANCIA DEL SUELO

Los elementos nutritivos, químicos o minerales

Artículo publicado el 20 de abril de 2020

Terminología

Son diversos los términos con los que se describen las sustancias que alimentan a las plantas, aunque cada uno tiene su propio significado. Se denominan como elementos o elementos químicos, haciendo referencia a su estado de ion (partícula cargada eléctricamente) y que se recogen en la tabla periódica de Mendeléyev; también se llaman elementos nutritivos, haciendo una clara alusión a su finalidad de nutrir, de alimentar; e incluso se denominan como minerales o elementos minerales, haciendo referencia a un estado complejo, donde distintos iones están unidos formando una estructura, como por ejemplo la calcita (CaCO3) formada por calcio, carbono y oxígeno. La s rocas o piedras, son conjuntos de minerales, normalmente amorfos.

Así pues, aunque comúnmente se hable de minerales para referirnos a la nutrición, los términos más adecuados serian elementos químicos o elementos nutritivos. Recordar pero que en la naturaleza se encuentran todos los estados.

Estados minerales

Ejemplo de distintos estados de complejidad. La roca granítica, o granito, está compuesta de varios minerales, los principales son el cuarzo (SiO2), feldespatos (feldespato potásico y plagioclasa) y la mica. Si nos centramos en el cuarzo, por ejemplo, vemos que su fórmula química es SiO2. En su deterioro o degradación dispondremos de los elementos químicos sílice y oxígeno por separado. Elaborado por Culturaedafica.

La procedencia de los elementos

Distintos fenómenos climatológicos, geográficos y biológicos forman el suelo, a partir de la degradación y/o desplazamiento de las rocas y los minerales, como son la erosión de roca madre por viento o lluvia, cambios bruscos de temperatura, sedimentaciones, escorrentías, erupciones volcánicas o procesos biológicos de microorganismos y vegetales. Esta degradación deja elementos químicos libres en el suelo.

En ese mismo suelo se desarrollarán a su vez microorganismos, vegetales y animales, creando un ecosistema, que a su muerte también aportarán material al suelo, en este caso materia orgánica, que en su descomposición también quedaran elementos químicos libres.

Así pues, la procedencia de los elementos nutricionales para las plantas pueden provenir de materia inorgánica o de materia orgánica.

 

Los elementos químicos y las plantas

Al igual que el ser humano y los animales, las plantas son principalmente agua. La proporción de agua es alrededor de un 75%, aunque puede variar sustancialmente según tipos de plantas y climas.

Toda materia viva (materia orgánica) está basada en el carbono. Los seres vivientes usan el nitrógeno para formar proteínas y aminoácidos, y su solvente y lubricante esencial es el agua (H2O), hecha de hidrógeno y oxígeno. Estos 4 elementos (C, H, O y N) son los elementos del aire, provienen de la atmósfera y regresan a ella. Estos elementos constituyen la mayor parte de la planta, después del agua.

Los vegetales precisan también de otros variados elementos para desarrollar las diversas funciones fisiológicas que condicionan su crecimiento y supervivencia.

Elementos químicos en las plantas

Elementos químicos relacionados con el desarrollo nutritivo de una planta.
Elaborado por Culturaedafica.

 

La clasificación de los elementos nutricionales para las plantas

La situación actual a base de fertilizantes químicos solubles, proviene sobretodo de las investigaciones del químico alemán Justus Von Liebig, y de sus Leyes del mínimo, de los rendimientos decrecientes y de nutrición por solubilidad. Durante la segunda mitad del siglo XIX, sus investigaciones suponían que las plantas requerían alimentarse solamente con elementos químicos y no con partículas orgánicas (aunque posteriormente hubo defensores de esta alimentación orgánica, como Hans Peter Rusch). Según Liebig, el rendimiento de las cosechas es proporcional al elemento nutritivo que se encuentra en menor cantidad, y durante un tiempo las cosechas se vieron sustancialmente incrementadas, aunque Liebig también observó que la adicción de los fertilizantes minerales agotaba las reservas de los otros componentes necesarios para la vida de las plantas. Cabe destacar que por entonces se desconocía la participación esencial de los microorganismos. Al final de su vida, el químico alemán se arrepintió de parte de sus investigaciones sobre los agroquímicos.

Ley del Mínimo de Liebig

La Ley del mínimo de Liebig se suele ilustrar como un tonel de madera donde cada duela de madera representa algun factor limitante para el crecimiento de la planta. En el barril de la izquierda, el nitrógeno es el factor limitante, al no haber suficiente la planta no se desarrolla correctamente; en el barril de la derecha, el nitrógeno ya tiene una proporción adecuada, pero ahora es el potasio el factor limitante.  Todos los elementos son importantes.

Así pues, la clasificación de los elementos se basa en su potencial fertilizador de los vegetales, es decir, si las plantas los requieren en mayor o menor medida.

El carbono, el hidrógeno y el oxígeno no se consideran en esta clasificación de fertilizantes, puesto que los vegetales toman estas sustancias del aire y no son limitantes para su desarrollo y la producción. Recordemos que esta clasificación está hecha por y para el ser humano.

Así, se denominan macroelementos a aquellos elementos químicos que las plantas necesitan en mayor cantidad, siendo éstos el nitrógeno (N), el fósforo (P), el potasio (K), el calcio (Ca), el magnesio (Mg) y el azufre (S). A su vez, los macroelementos suelen dividirse en primarios (N, P y K) y secundarios (Ca, Mg y S), siendo mayor la necesidad de los primarios que de los secundarios en lo que a cantidad se refiere.

Por otro lado, se denominan microelementos,  oligoelementos o elementos traza, aquellos que los vegetales requieren en menor proporción, siendo éstos el hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), boro (B) y cloro (Cl).

También estarían como oligoelementos no esenciales el sodio, cobalto, yodo, selenio, flúor, silicio, aluminio, arsénico, cadmio, titanio, vanadio, etc.

Los minerales deben estar siempre en una proporción equilibrada. Un nutriente no tiene mayor importancia por ser un macronutriente, es igual de importante que un oligoelemento, tan solo que lo necesitaremos en mayor cantidad.

Elementos plantas

Los elementos en las plantas, según clasificación contemporánea. Elaborado por CulturaEdafica.

 

Absorción de los nutrientes

Las sustancias que absorben las raíces a través de la tierra (agua y minerales) se denominan savia bruta, y se reparte por toda la planta a través del xilema. Por otro lado, las hojas, mediante el dióxido de carbono y la energía del Sol producen azúcares (fotosíntesis), transportando esta savia elaborada (agua y alimento) por toda la planta a través del floema.

Como hemos visto, las plantas pueden absorber nutrientes mediante las hojas o mediante las raíces. La absorción de los nutrientes se ve influida por factores inherentes al medio, como el clima, el contenido hídrico, la temperatura, textura y pH del suelo, las interacciones entre los iones, o los procesos en la rizosfera.

Absorción en el suelo

De los nutrientes presentes en el suelo, solo un 2% aproximadamente se encuentran en forma disponible para las plantas. El resto se halla ligado a la fracción mineral y a la materia orgánica, por lo que son inaccesibles por los pelos radiculares, hasta que no se descompongan y queden en forma libre. Esta descomposición es lenta, pero esos nutrientes son liberados gradualmente.

Los pelos radicales de las plantas segregan sustancias ácidas que contribuyen a solubilizar compuestos ligados, tales como fosfatos o carbonatos. A su vez, en esta solubilización también  interviene el CO2 producido por la respiración de las raíces. Este proceso se explica más ampliamente en el artículo de la CIC del suelo de este mismo blog.

Asimismo, hongos y actinomicetos degradan biológicamente sustratos rocosos mediante el proceso de meteorización, liberando elementos a la solución del suelo.

 

La pérdida de agua a través de la evapotranspiración crea una diferencia de presión entre la solución del suelo y el interior de la planta, situación que permite la entrada de agua y nutrientes disueltos por los pelos absorbentes de la raíz, este movimiento se denomina flujo masivo. Los elementos N, Mg, Ca y Mo son absorbidos principalmente de esta manera.

Si hay una alta concentración de iones en la solución del suelo en comparación con la planta, los iones se desplazan en el movimiento denominado difusión. Principalmente se desplazan así P, K, Mn y Zn.

Los iones menos solubles, retenidos en el complejo arcillo-húmico, se absorben por el contacto directo con las raíces, en el proceso llamado intercepción. De esta manera se absorben principalmente el Cu y el Fe.

 

Absorción por las hojas

Las hojas disponen de estomas, orificios capaces de abrirse y cerrarse para regular el intercambio gaseoso. A través de estos accede el dióxido de carbono o sale el oxígeno durante la fotosíntesis, así como sale el vapor de agua en el proceso de transpiración. Sin embargo, la absorción de nutrientes se sucede en la cutícula y la epidermis.

Esta absorción en la hoja se desarrolla mayoritariamente a través de la epidermis, por difusión, debido al gradiente de concentración del nutriente que se establece entre la superficie de la hoja y en el interior de la epidermis.

 

Evolución de los nutrientes en la planta

Los elementos nutritivos se concentran en distintas proporciones a lo largo del tiempo, según las necesidades y momento fenológico en que se encuentra la planta. No se da la misma concentración de elementos en el crecimiento vegetativo, que en la floración o en la fructificación. Este es un tema complejo, y todavía poco conocido en muchos cultivos. Si se desea plantear la fertilización de un cultivo se debería tener esto en cuenta para optimizar las aportaciones.

A modo de ejemplo, aporto estas dos gráficas sobre la concentración de elementos nutritivos en hoja y fruto, en distintos momentos fenológicos en una viña de variedad Syrah, en Raïmat, Catalunya.

Graficas concentracion nutrientes viña

Evolución promedio de las concentraciones de nutrientes en hoja y fruto en viñedo (var. Syrah) en Raïmat durante su desarrollo. Elaborado por CulturaEdafica.

 

Las interacciones de los elementos químicos

Los elementos químicos presentes en el aire, en el suelo, en el agua, en los microorganismos, en las plantas o en los animales, interactúan entre ellos, creando sinergias o antagonismos, o simplemente ayudando a otro elemento a hacer su función. Los elementos pueden catalizar procesos que a su vez intervengan sobre otro elemento, es decir, que de manera indirecta los elementos también pueden interactuar, así pues, el exceso de algún nutriente en el suelo puede favorecer o impedir la acción de otros. Existe todavía un gran desconocimiento científico sobre estos hechos.

Tan importante como es una cantidad del elemento adecuada, también es la proporcionalidad en que se encuentra respecto al resto de elementos, debido principalmente a esa compleja red de relaciones. Cualquier exceso nutricional en la fertilización, conduce irremediablemente a una deficiencia nutricional de algunos elementos, y cualquier deficiencia nutricional producirá un exceso nutricional en otra parte (antagonismos).

Red gráfica de Mulder

Red gráfica de los elementos químicos de Mulder. Relaciones de antagonismo y sinergismo entre los principales elementos nutritivos de las plantas. Las flechas indican el sentido de la relación. Fuente: http://nutriag.com/article/mulderschart

 

También existen tablas antiguas al respecto de estas relaciones de sinergia, antagonismo, inhibición o precipitación entre elementos.

Tabla relación elementos

Relaciones de interacción entre los elementos nutritivos. A: Antagonismo, B: Blocage o inhibición, P: Precipitación mutua. S: Sinergia o interacción positiva. Fuente: Extraído de unos documentos antiguos en francés, no dispongo de la referencia.

 

A parte de la interacción entre elementos químicos, éstos también interactúan con el medio. El estudio más conciso al respecto es sobre su solubilidad en función del pH, es decir,  como influye el pH del suelo para que lo elementos nutritivos sean absorbidos por las plantas.

Diagramas de Troug

Diagramas de Troug. Disponibilidad de los elementos nutritivos en función del pH. Fuente: https://conbdebonsai.wordpress.com/2009/12/03/apuntes-bsicos-de-ph/

 

Para finalizar, reproduzco aquí un ejemplo muy explicativo, del ABC de la agricultura orgánica de J. Restrepo, en mención a las explicaciones de Ana Primavesi:

  • La carencia de potasio en una planta disminuye mucho la solubilidad de boro y de fósforo, provocando una deficiencia de estos elementos.
  • El boro es elemento esencial para una buena distribución del fósforo en la panta.
  • El boro tiene una ligazón fuerte con el cobre, elemento indispensable para el vigor y resistencia de la planta, por lo que la planta pierde turgencia y se vuelve susceptible al ataque de insectos y enfermedades.
  • El cobre contribuye a la disponibilidad del zinc y el manganeso, y al no estar presente en las plantas el cultivo manifiesta deficiencia de estos dos elementos nutritivos.
  • Finalmente, se podría pensar que hay una deficiencia de zinc, inclusive analíticamente, sin embargo es una carencia de potasio lo que afecta al cultivo.

 

Desequilibrios de la fertilización inorgánica

Los fertilizantes químicos a base de N-P-K, abonos convencionales y correctores, tan estandarizados y ampliamente usados en la agricultura convencional, tiene una afectación evidente en las interacciones de los elementos químicos del suelo que nutren a la planta, como hemos visto anteriormente.

A modo de resumen, según J. Restrepo y S. Pinheiro:

  • Aplicaciones de nitrógeno afectan directamente al fósforo, el potasio, el calcio, el magnesio, el hierro, el zinc, el manganeso y el cobre.
  • Aplicaciones de fósforo afectan el hierro, el zinc y el cobre.
  • Aplicaciones de potasio afectan el calcio, el magnesio, el hierro, el zinc, el manganeso, el cobre, el níquel, el boro y el molibdeno.
  • Aplicaciones excesivas de cal afectan el zinc, el manganeso y el boro.

 

 

 

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