P Fertilidad Clase 1 2008

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Fertilidad 2004 MANEJO de SUELOS y FERTILIDAD FERTILIDAD Objetivos generales de la materia : Que el alumno comprenda la necesidad de planificar el uso planificar el uso y manejo de los manejo de los suelos suelos de acuerdo a sus potenciales productivos , para poder prevenir y/o corregir procesos degradatorios procesos degradatorios con el fin de obtener la máxima eficiencia máxima eficiencia a través de una producción sostenible producción sostenible

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MANEJO de SUELOS y

FERTILIDADFERTILIDAD

• Objetivos generales de la materia:– Que el alumno comprenda la

necesidad de planificar el usoplanificar el uso y manejo de los suelosmanejo de los suelos de acuerdo a sus potenciales productivos,

– para poder prevenir y/o corregir procesos degradatoriosprocesos degradatorios con el fin de obtener la máxima eficienciamáxima eficiencia a través de una producción sostenibleproducción sostenible

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S U E L OS U E L O

RECURSO NATURAL

NO RENOVABLE,

PARTE DEL “CICLO DE LA VIDA” EN LA TIERRA.

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Basic Soil Plant Basic Soil Plant RelationshipsRelationships

Mineral

Organic

Water

Air

45%

~5%

50%

MATERIAL SÓLIDO (50%)

POROUS MEDIA (50%)

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S U E L O

planta

Alimento + O2

H2O + CO

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microorganismos

CONCLUSIONES:

1. La vida depende del suelo

2. El suelo...”vive y respira”

3. Los microorganismos son

los “ciudadanos” del suelo

Mantienen la interfase activaMantienen la interfase activa

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LA AGRICULTURA.... siempresiempre modifica el funcionamiento natural del suelo:

•Alteración de los biociclos de los nutrientes

•Menor retorno de materia orgánica

•Contínuos stress físicos (x el laboreo)

AGRICULTURA SOSTENIBLE:SOSTENIBLE:-conservar materia orgánicaconservar materia orgánica

-Menor erosiónMenor erosión

-Usar recursos degradablesUsar recursos degradables

-BALANCE PRODUCCIÓN/CONTAMINACIÓNBALANCE PRODUCCIÓN/CONTAMINACIÓN

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4PRINCIPALES FUNCIONES DEL SUELO

• REGULADOR de procesos bióticos (biodiversidad)

• REGULADOR ciclos y flujos de sustancias y Energía ... Después de numerosos estados retornarán al suelo

• “POROUS MEDIA” regula ciclo de agua y el balance calórico

• REDISTRIBUCIÓN del agua: precipitación ----- infiltración / escorrentía

• PROTECTOR de la litósfera.

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F E R T I L I D A DF E R T I L I D A D

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DEL SUELO( proporcionar a los vegetales los nutrientes para un desarrollo equilibrado)QUE PARA MANIFESTARSE NECESITA LA CONTRIBUCIÓN DE OTROS FACTORES: FACTORES:

- físicos / - químicos / -biológicos - fisicoquímicos / - bioquímicos

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F E R T I L I D A D

• EDÁFICA EDÁFICA (1)

CAPACIDAD DEL SUELO PARA SOSTENER Y NUTRIR A LAS PLANTAS

• ECOLÓGICA ECOLÓGICA (2)

Constituída por los FACTORES EDÁFICOS + EXTRAEDÁFICOS(*)

(extrínsecos)

(*) Clima/potencial genético/características del cultivo/acción antrópica, etc...

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PRODUCTIVIDADPRODUCTIVIDAD

• FACTORES EDÁFICOS +• FACT. EXTRAEDÁFICOS

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN POR SUPERFICIE CULTIVADAPOR SUPERFICIE CULTIVADA

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SOSTENIBILIDADSOSTENIBILIDADCAPACIDAD O HABILIDAD DE SOSTENER PROCESOS EN FORMA CONTÍNUA, EVITANDO SU DECAIMIENTO

AGRICULTURA SOSTENIBLEAGRICULTURA SOSTENIBLE

Cuando se manejan exitosamente los recursos para satisfacer las necesidades cambiantes de la sociedad, conservar los recursos naturales y en algunos casos, mantener y/o mejorar el medio ambiente

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Clasificaciones de la FERTILIDAD EDÁFICA

• Por su ORIGEN o EVOLUCIÓN

• Por su ASPECTO DINÁMICO

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ORIGEN o EVOLUCIÓNORIGEN o EVOLUCIÓN

• NATURAL

Sobre ella sólo actúan las condiciones de la naturaleza

(p.e.: suelos vírgenes)

• ADQUIRIDA

modificada según el manejo, pudiendo ser mayor o menor que la F. Natural

(p.e.: suelos cultivados)

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su ASPECTO DINÁMICOASPECTO DINÁMICO

• F. ACTUALF. ACTUAL(Factor INTENSIDAD)

La que el suelo posee en un momento dado o que está en condiciones de manifestarse de inmediato

• F. POTENCIALF. POTENCIAL(factor CAPACIDAD)

Recursos que el suelo tiene para el futuro: se irán haciendo disponibles en 10, 15, 20 ... años

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1. Nutrición vegetal???1. Nutrición vegetal???

Tomar los elementos minerales desde el suelo

No se refiere específicamente a la fotosíntesis.

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Esencialmente requieren 13 elementos minerales para su crecimiento Estos elementos son necesarios para completar su ciclo y por ello los denominamos nutrientes vegetales esenciales Cada uno tendrá una función crítica, y será requerido en cantidades variables. Estos nutrientes difieren en la forma en que son absorbidos por la planta, por sus funciones en la planta, por su mobilidad en el vegetal (y dentro del suelo) y por los síntomas de deficiencias o toxicidades característicos para cada uno de ellos.

2.2. Elementos químicos requeridos por las Elementos químicos requeridos por las plantasplantas

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4 Nombre % en planta relativo a N Funciones Macronutrientes (primarios)Nitrogen N 100 Proteins, amino acidsPhosphorus P 6 Nucleic acids, ATPPotassium K 25 Catalyst, ion transport

Mesonutrientes (secundarios)Calcium Ca 12.5 Cell wall componentMagnesium Mg 8 Part of chlorophyllSulfur S 3 Amino acidsIron Fe 0.2 Chlorophyll synthesis

Micronutrients (oligoelementos)Copper Cu 0.01 Component of enzymesManganese Mn 0.1 Activates enzymesZinc Zn 0.03 Activates enzymesBoron B 0.2 Cell wall componentMolybdenum Mo 0.0001 Involved in N fixationChlorine Cl 0.3 Photosynthesis reactions

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43. Absorción de los minerales desde el

suelo

Dominant in mineral soils:

Dominant in organic soils:

A. Bulk flow: Uptake in the transpiration stream

B. Mycorrhizae: symbiotic relationship with fungi

Nutrients diffuse to regions of low concentration and roots grow into and proliferate in soil zones with high nutrient concentrations (horse manure in sand).

Roots are slow growing but mycorrhizal fungi proliferate and ramify through the soil. Symbiotic relationship: carbon-nitrogen exchange.

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The concentration of dissociated water in freshly-distilled water is 10-7 M. This is used to describe acidity-alkalinity, originally called the pouvoir Hydrogéne, which we know now as pH.

Mineral soilsMineral soilsACIDEZ DEL SUELO determinará CÓMO estarán disponibles

Nutrientes disponibles a través del AGUA DEL SUELO

Small quantities of water molecules dissociate:

H2O OH- + H+

pH = - log [H+] = - log [10-7M] = 7 for fresh distilled water

Small values for acid, e.g., the water in Sphagnum bogs can be ~3

Large values for alkaline, e.g., soils on limestone ~8

Suelos Minerales

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4How clay particles provide nutrientsHow clay particles provide nutrients

The root hair cells of plant roots secrete H+ into the water around nearby clay particles. These smaller H cations replace the larger macro- and micro-nutrient cations:

The released cations are now available for uptake into roots.

A clay particle (much enlarged here) is covered with negative charges, anions:

Opposites attract, so metal ions with positive charge(s), cations, stick all over the surface of the clay particle:

2H+

Ca2+

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Summary of soil water chemistrySummary of soil water chemistry

In this summary occurrence of H+ in soil water is shown as the result of respiration of CO2 and disassociation of carbonic acid H2CO3 that forms

Water flow

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Film clipFilm clip

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N-fixing bacteriaN-fixing bacteria

Fig. 32.13

Most uptake from the soil is in the form of nitrate

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Spodic soilSpodic soil

Organic material is important in agricultural soils both as a source of nitrogen and because it can increase water holding capacity, e.g. biosolids application effects

A characteristic of non-agricultural soils is accumulation of organic material and acidification of the soil. Such soils typically develop a very distinct stratification, with organic mater at the top.

The organic layers in such soils can have a considerable total quantity of nitrogen but little may be available due to the high acidity, and sometimes lack of oxygen, in the organic layer.

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Basic Soil-Plant Basic Soil-Plant RelationshipsRelationships

Organic Matter & Biota

Exchangeable ionsSurface adsorption

Solid phases & Minerals

Nutrient Uptake by Plants

Soil Solution

Soil Air

Rainfall, Evaporation, Drainage,

Addition of Fertilizer

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CANTIDAD e INTENSIDADCANTIDAD e INTENSIDAD

• CANTIDAD (Q) – la cantidad de nutriente en rápido equilibrio con la solución del suelo

• Intensidad (I) – dada por la actividad o concentración de los iones en solución

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CANTIDADCANTIDAD• Primary Minerals

– SiO2

– Fe2O3 Al(OH)3

– CaCO3 MgCO3

– Mica (K)– Feldspar (K)– Apatite (P)

• Secondary Clay Minerals and adsorbed ions– Kaolinite– Montmorillonite– Vermiculite– Illite

• Organic Matter

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CantidadCantidad• Total – todo lo que hay en el suelo (de ese elemento) • Labil – fracción "relativamente" reactiva• Soluble – disuelto en la solución del suelo (=

Intensidad)

Total

Labile/Available

Unavailable Available

Soluble

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4Intensidad – Actividad Intensidad – Actividad

(sn)(sn)• Dissolved in the soil solution• Activity (a) = effective

concentration (C) a = γ C γ = activity coefficient (0 - 1)

A

B

B

BA

A

Dilute solution a ≈ C

A + B AB

A

B

B

BA

A

Concentrated solution a < C

A + B AB

X

X

X

X

X

X

X

X

XX

Greater the Ionic Strength of the solution the lower the activity coefficient

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Activity vs Concentration in Activity vs Concentration in Soil SolutionSoil Solution

Ion Concentration

Activity

mM mM

Ca2+ 1.68 0.98

Mg2+ 0.71 0.43

K+ 2.60 2.23

NH4+ 4.98 4.26

SO42- 0.75 0.42

Al3+ 0.0255 0.0085

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4Intensity – Solution Intensity – Solution

ActivityActivity• Activity (a) is related to energy (F)

F = RT ln a (R = constant, T = temperature)

• Everything occurs because of energy differences– Water flows down hill

– Chemical reactions occur if the energy of the products is lower than the energy of the reactants

– Plants take up nutrients because of energy differences

• Plant uptake is related to activities not concentrations

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Quantity and IntensityQuantity and Intensity

Quantity

Intensity

Crop Uptake

Fertilizer

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Buffer Capacity:Buffer Capacity:

• Chemical reactions occur based on Intensity

• Plant uptake occurs based on Intensity

BUT• In a real soil, Buffer Capacity

determines Intensity because we are not at equilibrium– Plants keep removing nutrients and

upsetting the equilibrium– We keep adding fertilizer and upsetting

the equilibrium

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Quantity and IntensityQuantity and Intensity>>> Buffer Capacity <<<>>> Buffer Capacity <<<

Quantity

Intensity

Crop Uptake

Fertilizer

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Quantity and IntensityQuantity and Intensity>>> Buffer Capacity <<<>>> Buffer Capacity <<<

• Buffer Capacity - Relationship between the quantity and the intensity

Buffer capacity = ∆Q / ∆ I

BC ~ 1 little bufferingBC >> 1 well buffered

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Buffer CapacityBuffer CapacityQuantity/Intensity Graph Quantity/Intensity Graph

(Q/I)(Q/I)

Intensity

Qua

ntity Soil A

Soil B

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Buffer CapacityBuffer Capacity

Lower• Coarse Texture

(Sand)• Low CEC• Low OM

Higher• Fine Texture

(Clay)• High CEC• High OM

Extreme - Fixation• P reaction with Fe, Al, Ca• K trapped in mica type clays• Micronutrient precipitation in high

pH soils

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Basic Soil-Plant Basic Soil-Plant RelationshipsRelationships

Organic Matter & Biota

Exchangeable ionsSurface adsorption

Solid phases & Minerals

Nutrient Uptake by Plants

Soil Solution

Soil Air

Rainfall, Evaporation, Drainage,

Addition of Fertilizer

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The indissoluble link between man and soil is manifest in the very name Adam, derived from Adamiss – a Hebrew noun of feminine

gender meaning earth or soil. Adamiss’ name encapsulated ‘maniss,’ meaning origin and destiny: his existence and livelihood

derive from the soil to which he is tethered throughout his life and to which he is fated to return at the end of his days. Likewise,

the name of Adam’s mate, Hava (rendered ‘Eve’ in translation) literally means ‘living’. Together, therefore, Adam and Eve signify

'Soil and Life.”

from “Out of the Earth: Civilization and the Life of the Soil" by Dr. Daniel Hillel, professor emeritus of plant, soil, and environmental sciences at the University of Massachusetts, Amherst.

existe un vínculo indisoluble y estrecho entre el hombre y el suelo, que se manifiesta en el nombre ADAN, derivado del hebreo ADAMISS(= sustantivo femenino = tierra o suelo);maniss"contenido en Adamiss, significa origen y destino: por lo tanto la vida y existencia del hombre en gral.derivarían del suelo al cual está ligado a traves de su vida y al que está destinado a regresar al final de sus días.De la misma forma, su compañera, HAVA (EVE) literalmente significa vida.De esta forma, ADAN y EVA,---------> SUELO y VIDA SON