Nutrición general de las plantas

Los 16 elementos exigidos por todas las plantas son el carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), calcio (Ca), oxígeno (O), magnesio (Mg), hierro (Fe), boro(B), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo) y cloro (Cl).

Los elementos C, H y O se abastecen principalmente del aire (dióxido de carbono (CO2) y oxígeno) y del agua (H2O). Los estantes 13 elementos, generalmente conocidos como nutrientes minerales, se abastecen a partir de varias fuentes.  En los suelos fértiles las plantas pueden obtener los nutrientes minerales del suelo en cantidades suficientes, pero en los suelos pobres, en el cultivo en macetas o en sustratos artificiales, solo pequeñas cantidades de estos nutrientes se pueden obtener directamente del sustrato, por lo que deben ser suministrados con regularidad para obtener un buen crecimiento y desarrollo. El agua de pozo en algunas partes contiene cantidades importantes de algunos de estos nutrientes minerales, siendo los mas comunes el calcio, azufre, magnesio e hierro.

Los nutrientes N, P, K, S, Ca y Mg se conocen como los macro nutrientes, ya que se requieren en grandes cantidades por la planta en comparación con los elementos restantes. Los otros siete elementos se conocen como micro nutrientes, ya que se requieren en pequeñas cantidades, por lo general unas pocas partes por millón (ppm) en el tejido de la planta.

Rol de los elementos en el crecimiento de las plantas

Carbono: Se "fija" del CO2 de la atmósfera por la fotosíntesis las plantas. El carbono es un componente de todos los compuestos orgánicos tales como azúcares, proteínas y ácidos orgánicos. Estos compuestos se utilizan como componentes estructurales, en las reacciones enzimáticas, y el material genético, entre otros. El proceso de la respiración degrada los compuestos orgánicos para generar energía para los procesos de diversas plantas.

El nivel normal de CO2 en la atmósfera es de 350 ppm. La investigación en muchos cultivos ha demostrado que si el nivel del CO2 del ambiente es mayor, y está entre 800 y 1000 ppm, se obtiene como resultado un mayor crecimiento y rendimiento de las plantas, siempre que se tenga la suficiente luz. La inyección de CO2 es una práctica habitual en la producción de hortalizas en los invernaderos en los climas fríos. En estos climas, los altos niveles de CO2 se puede mantener porque los invernaderos están cerrados durante el invierno. En las zonas cálidas, la inyección de CO2no es práctica, debido a la gran ventilación necesaria, incluso en invierno, para mantener el invernadero a temperaturas frescas adecuadas a las plantas.

Si la inyección de CO2 se practica, sólo debe aplicarse cuando el sistema de ventilación esté apagado, por otra parte, sólo podría inyectarse de día porque es cuando el CO2 puede ser utilizado por la planta.

La inyección de CO2 es más eficaz si se realiza dentro de la cobertura vegetal donde el CO2 puede entrar fácilmente a las hojas de plantas. Se debe invertir en un sistema de seguimiento del CO2para que la cantidad de este no llegue a niveles de desperdicio. El seguimiento y control de la inyección de CO2 puede ser computarizado y automatizado.

Hidrógeno: También es un componente de los compuestos orgánicos donde se encuentra el C. Los iones de hidrógeno están implicados en las reacciones electroquímicas para regular los intercambios a través de las membranas celulares. 

Oxígeno: Es el tercer elemento típico de las moléculas orgánicas, como azúcares simples. La presencia de O es importante para muchas reacciones bioquímicas de plantas.

Fósforo: Es utilizado en varios compuestos de transferencia de energía en las plantas. Una función muy importante para él, es su papel en los ácidos nucleicos, bloques de construcción para el material del código genético en las células vegetales.

Potasio: Es utilizado como un activador en muchas reacciones enzimáticas en la planta. Otra función del K en las plantas se produce en células especiales que se encuentran alrededor de losestomas. La turgencia de estas células (o la falta de turgencia) controla el grado de apertura de los estomas y por lo tanto controla el nivel de intercambio de gases y vapor de agua a través de ellos. Esta turgencia se controla por la entrada y salida del K a estas células.

Nitrógeno: Es un elemento muy importante para el crecimiento de las plantas y se encuentra en muchos de sus compuestos. Estos incluyen la clorofila (el pigmento verde de las plantas), amino ácidos, proteínas, ácidos nucleicos, y ácidos orgánicos. Azufre: Es un componente de algunos amino ácidos como la metionina. El azufre también se encuentra en el grupo sulfhidrilo de ciertas enzimas.

Calcio: Es necesario para el desarrollo de la pared celular. Además, el Ca se utiliza como un cofactor de ciertas reacciones enzimáticas. Recientemente, se ha determinado que el Ca está implicado íntimamente en la regulación de los procesos celulares mediados por una molécula llamada calmodulina.

Magnesio: Juega un papel importante en las células vegetales, ya que aparece en el centro de la molécula de clorofila. Algunas reacciones enzimáticas requieren magnesio como cofactor.

Hierro: Se utiliza en las reacciones bioquímicas que forman la clorofila y es parte de una de las enzimas que se encarga de la reducción del nitrógeno en el nitrógeno amoniacal. Otros sistemas de enzimas como la catalasa y peroxidasa también requieren de Fe.

Boro: Las funciones del boro en la planta no se conocen bien. El boro parece ser importante para el desarrollo de meristemas normales en partes jóvenes, tales como las puntas de las raíces.

Manganeso: Existen funciones del manganeso en varias reacciones enzimáticas que involucran el compuesto de energía trifosfato de adenosina (ATP). El manganeso también activa varias enzimas y está involucrado con los procesos en el sistema de transporte de electrones en la fotosíntesis.

Cobre: Es un componente de varias enzimas en las plantas y es parte de una proteína en el sistema de transporte de electrones en la fotosíntesis.

Zinc: Participa en la activación de varias enzimas de la planta y es necesario para la síntesis del ácido indolacético, un regulador de crecimiento.

Molibdeno: Es un componente de dos enzimas que intervienen en el metabolismo del nitrógeno. La más importante de estas es el nitrato reductasa.

Cloro: Tiene un posible papel en la fotosíntesis y podría funcionar como un contra-ion en los flujos de el K involucrados en la turgencia de las células.

Deficiencias de nutrientes

El fósforo es absorbido como H2PO4-1 o HPO4

-2 por un proceso activo que requiere energía.El P es muy móvil en la planta. Las deficiencias por lo tanto aparecen en las hojas más viejas de la planta, ya que el P se traslada desde estas hojas para satisfacer las necesidades del nuevo crecimiento. La deficiencia de P se manifiesta como retraso del crecimiento y una coloración rojiza como resultado de mayores niveles de pigmentos de antocianina.

Las hojas deficientes tendrán sólo un 0,1% de P en la materia seca. Lo normal en las hojas recién maduras de la mayoría de las verduras contienen de 0,25 a 0,6% de P sobre la base del peso seco. El exceso de P en la zona de las raíces puede dar lugar a un pobre crecimiento de las plantas, probablemente como resultado de que el P retarda la absorción de Zn, Fe y Cu.

La absorción del P puede ser reducida por el pH alto en la zona de la raíz o por temperaturas frías del sustrato (menos de 60 °F). Es importante tratar de mantener el pH en la solución de fertilización entre 5,6 y 6,0 para favorecer la absorción del P. Si el agua de que se dispone es alcalina, la acidificación se puede lograr mediante el uso de varios ácidos como el sulfúrico, nítrico o fosfórico y si es demasiado ácida con el uso del hidróxido de potasio.

El potasio se absorbe en grandes cantidades por un proceso de captación activo. Una vez en la planta, el K es muy móvil y se transporta a los tejidos jóvenes rápidamente.

Los síntomas de deficiencia de K aparecen primero en las hojas inferiores como pecas o manchas marginales. Los resultados de una deficiencia prolongada es la necrosis en los márgenes de las hojas (Figura 1) y las plantas pueden llegar a estar un poco marchitas. Las hojas de las plantas deficientes en general contienen menos del 1,5% de K. Las deficiencias de K dan lugar a manchas durante la maduración de los tomates, en los que los frutos no producen el color rojo normal en algunas zonas de la fruta. Los niveles excesivos de K en el sustrato, podrían inhibir la absorción de otros cationes como magnesio o calcio.

El nitrógeno puede ser absorbido por la planta, ya sea como nitrato (NO3) o como amonio (NH4+). La forma como NO3 suele ser la forma preferida para 

la mayoría de las soluciones nutriente de N. La forma NH4 parece ser absorbida más fácil que el NO3 a temperaturas frías (menos de 55°F). La absorción del NH4 es mejor con un pH cercano al neutro y la absorción se reduce cuando el pH baja. La absorción del NOpH ácidos. La mayor absorción de N por las plantas por lo general ocurre cuando las dos formas de N están presentes en el sustrato. Un sustrato con la presencia de NH4 y NO3 resulta en mayores tasas de crecimiento en algunas pruebas.

La forma en que el N es absorbido tiene un efecto sobre el pH del sustrato. Cuando se absorbe como NH4, la planta libera iones Hequilibrio eléctrico, y por lo tanto, cae el pH. Como NO3, el pH aumenta debido a la presencia de mayores cantidades de iones OHpor lo tanto, puede explicar algunas de las fluctuaciones que a veces se ve en el pH del sustrato artificial en los cultivos hidropónicos. El nitrógeno es un elemento muy móvil en la planta y por lo tanto los síntomas de deficiencia aparecen primero en las hojas inferiores. Los síntomas consisten en un amarillamiento general (clorosis) de las hojas.

Las hojas de plantas normales contienen entre 2.0% y 5.0% de N en relación al peso seco. Las deficiencias de N aparecen más a menudo cuando se cometen errores en el manejo de fertilizantes que resultan en insuficiente aporte de N a los cultivos. Más a menudo, el problema es de exceso de aplicación de N. Las plantas que reciben un exceso de N por lo general son exuberantes y tiernas, con hojas grandes y de color verde oscuro.

El azufre es absorbido principalmente en forma de sulfato (SO4). El azufre no es muy móvil en la planta, por lo general la deficiencia se inicia en el nuevo crecimiento. Los síntomas de deficiencia consisten en un amarillamiento general de las hojas. Las deficiencias de N y S parecen similares, pero la deficiencia de N se produce en las hojas inferiores mientras que la deficiencia de S se produce en las hojas superiores. Las hojas de las plantas por lo general contienen entre 0.2% y 0.5% de S en base a peso seco. Este rango es similar al del P. La mayoría de las plantas, pueden tolerar niveles muy altos de S en el sustrato y esto es la razón del amplio uso de materiales que contienen azufre para suministrar los nutrientes (como el magnesio) y micro nutrientes en forma de sulfatos.

El calcio, a diferencia de la mayoría de los elementos, es absorbido y transportado por un mecanismo pasivo. El proceso de transpiración de las plantas es un factor importante en la absorción de calcio. Una vez en la planta, el calcio se mueve hacia las zonas de alta tasa de transpiración, como las hojas en rápida expansión.

La mayor parte de la absorción de calcio se produce en una región de la raíz detrás de la punta. Las enfermedades de la raíz, limitan considerablemente la absorción de calcio por la planta.

El calcio es inmóvil en la planta, por lo tanto, los síntomas de deficiencia aparecen primero en el nuevo crecimiento. Las deficiencias de Ca causa necrosis o rizado de las hojas nuevas y el crecimiento retorcido. Debido a que el calcio se dirige principalmente a las zonas de alta transpiración, es común que los síntomas de deficiencia se manifiesten en los frutos donde la transpiración es muy baja (Figura 2).

Puesto que el movimiento de Ca en la planta está relacionada con la transpiración, se deduce que las condiciones ambientales que afectan la transpiración también afectan el movimiento de Ca. Los períodos de alta humedad pueden conducir a que las puntas de ciertas plantas se vean como quemadas, ya que la transpiración es baja debido a la humedad y no satisface la elevada necesidad de calcio a las zonas de crecimiento de las hojas en expansión.

Las concentraciones de calcio en las hojas normales, recientemente maduras será del 1.0% al 5.0%. Las deficiencias, sin embargo, pueden ocurrir de manera temporal bajo ciertas condiciones ambientales como se mencionó anteriormente. Además, la absorción de calcio puede ser afectada por otros iones como el NHcationes pueden competir con el Ca en la absorción por la raíz. Para evitar la competencia los cationes mencionados no deben ser suministrados en exceso a lo que se necesita por la planta.

El magnesio es absorbido por la planta en cantidades menores que el Ca. La absorción de Mg es también muy afectada por la competencia de otros, tales como K, Ca, o NH4. A diferencia del Ca, el Mg es móvil en la planta y las deficiencias aparecen primero en las hojas inferiores.

La deficiencia de Mg produce clorosis intervenal que puede conducir a la necrosis de las zonas afectadas.

El Mg se encuentra normalmente en concentraciones de 0.2% a 0.8% en las hojas normales. Las condiciones que conducen a la deficiencia incluyen mal diseño de los programas de abono que contienen muy poco Mg o que el K, Ca, o NH4 están en exceso.

El hierro puede ser absorbido por un proceso activo como Fe+2 o de quelatos de hierro, que son moléculas orgánicas que contienen hierro "secuestrado" dentro de la molécula. La absorción del hierro es altamente dependiente de la forma del hierro y la absorción adecuada depende de la capacidad de la raíz para reducir el Fe+3 a Fe+2 para la captación. Los quelatos de hierro son solubles y ayudan a mantener Fe en la solución para la absorción. La absorción desde la molécula de quelato es baja y generalmente el Fe se retira del quelato antes de la absorción.

El hierro no es móvil en las plantas y los síntomas aparecen en las primeras hojas nuevas. Los síntomas consisten en clorosis que puede progresar a una decoloración casi total y la necrosis de las hojas afectadas. Las hojas normales contienen de 80 ppm a 120 ppm de Fe en base a peso seco.Las condiciones que conducen a la deficiencia de Fe son las concentraciones inadecuadas de Fe en la solución nutritiva, los sustratos fríos, o la alcalinidad en el sustrato (pH superior a 7.0). Esta deficiencia de Fe se corrige mediante la adición de Fe a la solución fertilizante o por aplicaciones foliares de Fe. Por lo general, una o dos aplicaciones de una solución de 25 ppm de Fe (quelato de hierro) puede corregir temporalmente la deficiencia de Fe. En los suelos muy alcalinos como la piedra caliza, se puede producir deficiencias de hierro muy marcadas en las plantas.

El manganeso es absorbido como iones Mn+2 y la absorción se ve afectada por otros cationes tales como Ca y Mg. El manganeso es relativamente inmóvil en la planta y los síntomas de deficiencia aparecen en las hojas superiores.

La deficiencia de manganeso se asemeja a la de Mg, sin embargo, la de Mg aparece en las hojas inferiores de la planta. La deficiencia de manganeso se manifiesta como clorosis, sin embargo la clorosis es más pinta en apariencia comparada con la deficiencia de magnesio. Las concentraciones normales de Mn en las hojas varía desde 30 a 125 ppm para la mayoría de las plantas. Las altas concentraciones de manganeso puede ser tóxicas para las plantas. La toxicidad consiste en necrosis marginal de la hoja en muchas plantas. Las concentraciones de manganeso en el orden de 800 a 1000 ppm pueden causar toxicidad en muchos cultivos. El exceso de manganeso en la solución de nutrientes reduce la absorción de Fe.

Las situaciones que conducen a la deficiencia son en su mayoría debido al inadecuado suministro de Mn en la solución nutriente o por efecto de la competencia con otros iones.

La absorción del zinc se piensa que es un proceso activo y puede ser afectado por la concentración de P en el sustrato. El Zn no es muy móvil en las plantas. Los resultados de la deficiencia de Zn son las hojas con clorosis. A veces, la deficiencia de Zn dará lugar a plantas con entrenudos acortados.Las hojas normales contienen alrededor de 25 a 50 ppm de Zn. Las altas concentraciones de zinc puede causar toxicidad y producirse una reducción en el crecimiento de las raíces y las hojas son pequeñas y cloróticas. La deficiencia de zinc puede ser aumentada por los sustratos fríos y húmedos o por estos con un pH muy alto o con exceso de P.

El cobre es absorbido por las plantas en cantidades muy pequeñas. El proceso de absorción parece ser un proceso activo y se afecta fuertemente por el Zn y el pH. El cobre no es muy móvil en las plantas, pero algún Cu puede ser trasladado desde las hojas viejas a las nuevas. El nivel normal de Cu en las plantas es del orden de 5 a 20 ppm.

La deficiencia de cobre en las hojas jóvenes conduce a la clorosis y cierta elongación de las hojas. El exceso de cobre, especialmente en un medio ácido, puede ser tóxico.

El molibdeno se absorbe como molibdato MoO4+2 y la absorción puede ser suprimida por los 

sulfatos. El contenido de Mo en los tejidos es por lo general menos de 1 ppm.

Una deficiencia de Mo aparece primero en las hojas de vida media y las hojas más viejas. Las hojas se vuelven cloróticas y los márgenes se enrollan. A diferencia de otros micro nutrientes, la deficiencia de Mo se produce sobre todo en condiciones ácidas.

La absorción de boro por las plantas no se entiende bien. El Boro no es móvil en la planta y parece que la captación y otras características son comunes a las del calcio.

La deficiencia de boro afecta a los puntos de crecimiento jóvenes en primer lugar, por ejemplo, las 

yemas, puntas de las hojas, y sus márgenes. En los cogollos se desarrollan áreas necróticas y las puntas de las hojas se vuelven cloróticas y finalmente mueren. Las hojas normales contienen de 20 a 40 ppm de B mientras que los niveles altos pueden causar toxicidad. Sólo pequeñas cantidades de B son necesarios para las plantas y el suministro de B excesivo de las soluciones de fertilizantes o de pulverizaciones foliares conduce a la toxicidad.

La deficiencia de cloro es muy rara en las plantas de cultivo. Esto se debe a que las necesidades de Cl son muy pequeñas y está presente en el ambiente, en los fertilizantes, agua, aire, y en el sustrato.

Fuentes de nutrientes

Los materiales utilizados para suministrar soluciones nutrientes se eligen en base a varios factores, incluido el costo por unidad de nutriente, la solubilidad en agua, la capacidad de suministro de múltiples nutrientes, la ausencia de contaminantes, y la facilidad de manejo. Los materiales fertilizantes mas utilizados se listan en la Tabla 1.

Tabla 1: Fuentes de nutrientes

Nutriente suministrado Fuente Contenido del nutriente (%)

Nitrógeno (N) Nitrato de amonio 33.5

Nitrato de calcio 15.5

Nitrato de potasio 13

Ácido nítrico varía

Fósforo (P) Fosfato monopotásico 23

Ácido fosfórico varía

Potasio (K) Cloruro de potasio 50

Nitrato de potasio 36.5

Sulfato de potasio-magnesio 18.3

Fosfato monopotásico 28

Sulfato de potasio 43

Calcio (Ca) Nitrato de calcio 19

Cloruro de calcioz 11

Magnesio (Mg) Sulfato de magnesio 10

Sulfato de potasio-magnesio 11

Azufre (S) Sulfato de magnesio 14

Sulfato de potasio-magnesio 22

Ácido sulfúrico varía

Sulfato de potasio 18

Boro (B) Borato de sodio 20

Ácido bórico 17

Cobre (Cu) Cloruro cúprico 17

Sulfato de cobre 25

Nitrato de cobrez 17

Zinc (Zn) Sulfato de zinc 36

Nitrato de zincz 17

Hierro (Fe) Hierro quelado (EDTA, DTPA) 5-12

Manganeso (Mn) Cloruro de manganeso 44

Sulfato de manganeso 28

Nitrato de manganesoz 15

Molibdeno (Mo) Molibdato de amonio 54

Molibdato de sodio 39

Cloro (Cl) Cloruro de potasio 52

Cloruro de calcio 64

z Formulación líquida

Los materiales fertilizantes premezclados son muy populares entre los operadores de invernaderos, y la producción hidropónica ya que muchos son fáciles de usar. Sin embargo, son relativamente caros en comparación con los ingredientes individuales, y los materiales 

premezclados dejan poco margen para hacer cambios en las concentraciones de los nutrientes individuales.