Nutrición de las plantas

Tipos de nutrición de las plantas

Tipo de nutrición autótrofa — suministro independiente por la planta de sus necesidades de nutrientes mediante la absorción de sustancias inorgánicas del suelo y de dióxido de carbono de la atmósfera. Es característico de la mayoría de las plantas. A los organismos con tipo de nutrición autótrofa pertenecen también algunas bacterias capaces de asimilar dióxido de carbono de forma fotosintética o quimiosintética.

Tipo de nutrición simbiótrofa — suministro por la planta de sus necesidades de nutrientes a expensas de otros organismos (simbiontes). La simbiosis se desarrolló durante los procesos evolutivos como una forma de relación útil para las plantas. En el tipo de nutrición simbiótrofa se observa el uso mutuo de productos del metabolismo para la nutrición. Los límites de la simbiosis no siempre pueden determinarse con precisión, ya que es difícil determinar el beneficio o el perjuicio que un organismo aporta a otro.

Tipo de nutrición micótrofa — simbiosis de una planta superior con hongos. La micorriza del hongo asegura la entrada en la planta superior de agua y sales minerales y otras sustancias disueltas en ella; los hongos utilizan compuestos orgánicos sintetizados por la planta superior. La importancia de la micorriza de los hongos radica en el aumento de la superficie absorbente de las raíces de la planta gracias al micelio del hongo.

Se han descubierto hongos micorrícicos que contribuyen a mejorar la nutrición de las plantas con fósforo. El estudio ulterior de esta simbiosis y su uso en la práctica agrícola puede tener gran importancia, ya que permite reducir la aplicación de fertilizantes fosfatados. Por ejemplo, en un experimento de campo realizado en Gales, con encalado y abonado con fósforo, el rendimiento en materia seca del trébol inoculado con micorriza fue 3 veces mayor, la formación de brotes aumentó 2 veces y los nódulos de rizobio, 5 veces. Datos similares se obtuvieron en África Tropical, Brasil, Australia y España en suelos pobres en fósforo disponible.

Tipo de nutrición bacteriótrofa — simbiosis de plantas superiores con bacterias. El ejemplo más claro es la simbiosis de las bacterias nodulares con las plantas leguminosas. En condiciones de intensificación, quimización y ecologización de la agricultura, aumenta la importancia de la capacidad de las plantas leguminosas y de los microorganismos de fijar nitrógeno molecular de la atmósfera. Anualmente, como resultado de la simbiosis de bacterias con plantas leguminosas, se fijan 40–106 t de nitrógeno.

Condiciones de la nutrición de las plantas

El suministro de condiciones óptimas de nutrición mediante el uso de fertilizantes permite un gasto más económico de la humedad para crear una unidad de rendimiento. El coeficiente de transpiración puede disminuir en un 15–20%. Por otro lado, la eficacia económica de los fertilizantes mediante un rendimiento adicional aumenta en condiciones de buen suministro de agua a las plantas. Se han señalado numerosos casos de ausencia de efecto positivo de los fertilizantes en suelos ácidos y solonetzicos.

Para evaluar correctamente la eficacia de la aplicación de fertilizantes, es necesario evaluar correctamente todos los factores que limitan el rendimiento. Por ejemplo, en las regiones septentrionales, en condiciones de humedad suficiente, adquieren mayor importancia los factores de calor y de suministro de nutrientes del suelo.

En las regiones meridionales, especialmente en los chernozems meridionales ordinarios y en los suelos castaños, caracterizados por una alta fertilidad potencial, el factor limitante es más frecuentemente la falta de humedad.

Formas de nutrición de las plantas

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Nutrición aérea de las plantas — nutrición carbonada de las plantas, realizada mediante la asimilación del dióxido de carbono atmosférico por las hojas verdes durante la fotosíntesis.

Nutrición foliar de las plantas — proceso de entrada de nutrientes en las plantas a través de los órganos aéreos. El descubrimiento de este proceso sirvió para el desarrollo del uso de abonados foliares, que permiten aumentar el rendimiento y su calidad.

Nutrición radical de las plantas — absorción del suelo de agua y sales minerales, así como, en cantidades insignificantes, de algunas sustancias orgánicas.

Según las investigaciones, la división en nutrición radical y aérea es convencional, ya que las mismas sustancias pueden ser absorbidas tanto por las raíces como por las hojas. Así, el dióxido de carbono entra en la planta a través de las raíces en la misma medida que a través de las hojas. El azufre entra en la planta a través de las raíces en forma de sulfatos. Posteriormente, gracias al uso del radioisótopo del azufre, se demostró la capacidad de las plantas de asimilar óxidos de azufre del aire a través de las hojas.

La nutrición radical y foliar de las plantas están interrelacionadas. Así, la falta de nutrientes en el suelo provoca un retraso en la formación de compuestos orgánicos en las hojas, lo que, a su vez, frena el desarrollo de las plantas.

Elementos químicos necesarios para las plantas

Según los datos modernos, las plantas necesitan 20 elementos, y 12 se consideran condicionalmente necesarios:

• necesarios (biógenos o biofílicos): hidrógeno, sodio, potasio, cobre, magnesio, calcio, zinc, boro, carbono, nitrógeno, fósforo, vanadio, oxígeno, azufre, molibdeno, cloro, yodo, manganeso, hierro, cobalto;
• condicionalmente necesarios: litio, plata, estroncio, cadmio, aluminio, silicio, titanio, plomo, cromo, selenio, flúor, níquel.

A los necesarios pertenecen los elementos que participan en los procesos vitales de las plantas y que no pueden ser sustituidos por otros. A los condicionalmente necesarios pertenecen aquellos que, según los datos de las investigaciones, pueden tener una acción positiva sobre el desarrollo de algunas plantas.

Microelementos — elementos cuyo contenido se expresa en milésimas y cienmilésimas de por ciento. La eficacia de algunos microelementos depende de las condiciones naturales y climáticas. Por ejemplo, la acción positiva del zinc, el manganeso y el hierro se observa en suelos neutros de la zona esteparia, especialmente en chernozems calcáreos, mientras que en suelos césped-podzólicos las plantas a menudo sufren por su exceso. En las zonas de bosque-estepa y estepa rara vez se observa un aumento del rendimiento por la aplicación de microfertilizantes de cobre, excepto en el maíz en algunos casos. Por el contrario, en suelos turbosos de turbera drenados, el cobre como microfertilizante es una condición necesaria para obtener altos rendimientos de cultivos de cereales.

El molibdeno casi en todas partes ejerce una influencia positiva sobre el rendimiento de los cultivos de leguminosas, lo que está relacionado con su participación en los procesos fisiológico-bioquímicos de fijación del nitrógeno atmosférico por las bacterias nodulares. Sin embargo, la eficacia del molibdeno en diferentes condiciones edafoclimáticas es distinta, lo que se explica por el diferente contenido de sus formas móviles en los suelos.

Ultramicroelementos — elementos cuyo contenido es inferior a una cienmilésima de por ciento. A los ultramicroelementos pertenecen el oro, la plata, el cromo, el níquel, el tungsteno, el bromo, el uranio, el rubidio, el cesio y otros. El significado fisiológico de estos elementos en la vida de las plantas está poco estudiado.

La división en macro-, micro- y ultramicroelementos es convencional. Por ejemplo, el hierro, por su contenido en las plantas, pertenece a los macroelementos, pero por las funciones que desempeña, a los microelementos.

El contenido de microelementos en los diferentes órganos de las plantas está sujeto a ciertas regularidades. Así, el manganeso y el molibdeno se encuentran con mayor frecuencia en grandes cantidades en las hojas, mientras que el zinc, el boro, el cobalto y el cobre, con un suministro suficiente, se acumulan tanto en los órganos vegetativos como en los generativos. Para los cultivos de cereales es característico un mayor contenido de boro en el grano, y para las leguminosas, en los órganos vegetativos.

Diferentes grupos biológicos de plantas se diferencian por sus exigencias a las concentraciones óptimas de microelementos. Así, el maíz y el tabaco tienen una gran necesidad de zinc, los cultivos de cereales, de manganeso y molibdeno.

Exigencias de las plantas a los elementos nutritivos

Las plantas, para su crecimiento, desarrollo y formación del rendimiento, utilizan sustancias orgánicas y minerales, las cuales, en los procesos de fotosíntesis, se transforman en compuestos orgánicos complejos.

En su composición, las plantas contienen carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y muchos otros elementos. El carbono, el oxígeno y el hidrógeno representan en conjunto el 94% de la materia seca; por elementos: el carbono, el 45%; el oxígeno, el 42%; el hidrógeno, el 7%. El 6% restante de la masa seca está formado por nitrógeno y elementos minerales.

El principal nutriente es el dióxido de carbono CO₂. Anualmente, las plantas absorben del aire atmosférico alrededor de 20 mil millones t de carbono.

Prácticamente todos los elementos químicos se han encontrado en diversas partes de las plantas; se ha demostrado la participación de 27 elementos en procesos bioquímicos, y 15 de ellos son necesarios para el crecimiento y el desarrollo.

El ser humano, como resultado de la aplicación de fertilizantes, agrotecnologías, melioración, diversas especies y variedades, ejerce un impacto significativo sobre la composición y los procesos del suelo.

En la agricultura extensiva, la única fuente de sustancias minerales para las plantas era su reserva natural en el suelo. Al agotarse la fertilidad natural, las personas excluían estas tierras del cultivo y ponían en explotación otras nuevas. Las parcelas abandonadas restauraban la fertilidad mediante procesos naturales durante un largo tiempo. Los ejemplos más claros de este enfoque son los sistemas de agricultura migratoria y de barbecho sistemas de labranza.

La capacidad transformadora del suelo, es decir, la capacidad de suministrar a las plantas elementos nutritivos y agua introducidos desde el exterior, desempeña un papel importante en los sistemas intensivos de agricultura. Sin embargo, esta capacidad también resulta insuficiente en las condiciones de la agricultura intensiva moderna. Además, se imponen mayores exigencias al suelo en cuanto a su estado fitosanitario y a sus propiedades agrotécnicas. Como consecuencia, se requiere mejorar todo el complejo de propiedades del suelo mediante el uso de las tecnologías más recientes para la reproducción ampliada de la fertilidad. La posibilidad de resolver esta tarea está dada por la naturaleza del propio suelo como recurso renovable. Pero el uso incorrecto del suelo puede conducir a la pérdida de fertilidad.

Formas de compuestos en que las plantas absorben los elementos nutritivos

La mayor parte de los nutrientes las plantas los asimilan en forma iónica a través del sistema radicular. Para la nutrición de las plantas pueden utilizarse en cantidades insignificantes aminoácidos, azúcares y azucarofosfatos.

Los aminoácidos, una vez que entran en las plantas, sufren desaminación, y el amoníaco liberado se utiliza en procesos sintéticos.

El nitrógeno se absorbe en forma de nitrato NO₃^- y amonio NH₄⁺. Estos iones se forman en el suelo a partir de sustancias orgánicas como resultado de la amonificación y nitrificación microbiológicas. La forma nítrica, bajo la acción de enzimas, se reduce a amoníaco.

La forma amoniacal del nitrógeno se utiliza en la reacción de sustitución del átomo de oxígeno del grupo carbonilo de los cetoácidos con formación del aminoácido correspondiente:

En la nutrición nitrogenada de las plantas desempeña un gran papel el proceso de fijación de nitrógeno del nitrógeno molecular bajo la acción de los microorganismos del suelo. Funciones importantes en este proceso las cumplen las enzimas nitrogenasa, leghemoglobina, compuestos del grupo de la vitamina B₁₂, hierro, molibdeno, cobalto, cobre, etc.

El azufre es asimilado por las plantas en forma de sulfato SO₄^2-. En las plantas, el sulfato se reduce a sulfito SO₃^2- y sulfuro S^2-, los cuales, al añadir hidrógeno, forman grupos sulfhidrilo (S—H) o, al perder un átomo de hidrógeno, un grupo disulfuro (—S—S—). El azufre forma parte de la acetilcoenzima A y de los aminoácidos cisteína, cistina y metionina.

El fósforo es asimilado por las plantas en forma de fosfatos H₂PO₄^-, HPO₄^2- o PO₄^3-. En las plantas, el fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos —compuestos responsables de las propiedades de las membranas celulares—, coenzimas, incluidos los piridinnucleótidos y los nucleósidos fosfato. En el metabolismo energético, los adenosín fosfatos tienen una importancia considerable.

La metabolización primaria del fósforo está relacionada con su incorporación a la síntesis de nucleótidos durante milisegundos. Con exposiciones de hasta 10 minutos, el fósforo se detecta en la composición de los ácidos nucleicos. Una exposición de más de 3 h, cuando el fondo metabólico de aceptores de fósforo está saturado, muestra la entrada de fósforo en la vacuola en forma inorgánica. En condiciones de ausencia de aire se produce la acumulación de aceptores de fósforo no utilizados en el metabolismo respiratorio, lo que explica la acumulación intensiva de fósforo en las raíces con deficiencia de oxígeno.

El cloro entra en las plantas en forma de cloruro Cl^-. En muchas plantas, el cloro puede estar presente en altas concentraciones sin ejercer por ello un efecto negativo. En primer lugar, esto se refiere a las halófitas, plantas resistentes a la sal.

El boro y el molibdeno entran en las plantas en forma de boratos y molibdatos.

El calcio, el potasio, el magnesio, el cobre, el hierro y el zinc entran en las plantas en forma de cationes; el manganeso, en forma de cationes y aniones.

La alta concentración de iones de potasio, de hasta 50–100 mM, es una característica de todas las células vegetales y animales. Solo a una determinada concentración de iones de potasio en la célula pueden transcurrir normalmente la biosíntesis de proteínas, la fotosíntesis, la respiración y la síntesis de compuestos de alto peso molecular (almidón, grasas, carbohidratos).

Nutrición de las plantas en diferentes períodos de vegetación

La absorción de elementos nutritivos en la ontogénesis, es decir, durante la vegetación, ocurre de manera desigual; por ello, el sistema de fertilización debe tener en cuenta las necesidades de las plantas en los diferentes períodos del ciclo vital. Un suministro insuficiente de nutrición en los diferentes períodos de la vida de las plantas conduce a una disminución del rendimiento y a un empeoramiento de la calidad de la producción vegetal.

Es especialmente importante proporcionar nutrientes a las plantas en el período crítico, cuando la falta de nutrición en ese momento empeora bruscamente el crecimiento y el desarrollo. Lo mismo se refiere al período de máxima absorción.

Una alta sensibilidad a la falta y al exceso de nutrición mineral se observa en las plantas en el período inicial de crecimiento.

La alta necesidad de las plantas jóvenes de nutrición mineral se explica por la alta intensidad de los procesos sintéticos con un sistema radicular poco desarrollado. Así, en los cereales, la iniciación y diferenciación de los órganos reproductores comienza durante el despliegue de las primeras tres o cuatro hojitas. La falta de nitrógeno en este período conduce a una reducción del número de espiguillas y a una disminución del rendimiento. La nutrición normal posterior no compensa el déficit de nutrientes en las etapas iniciales del desarrollo.

La intensidad de consumo de nutrientes en diferentes cultivos cambia según el período de desarrollo. Por ejemplo, las plantas de remolacha azucarera en el primer mes consumen nitrógeno, fósforo y potasio a razón de 2 kg/ha cada uno, y en el segundo, N 96 kg/ha, P₂O₅ 34 kg/ha y K₂O 133 kg/ha.

Las gramíneas y la remolacha azucarera se distinguen por un largo período de consumo de nutrientes. El cáñamo, por el contrario, tiene un período corto de consumo intensivo: el 75% de la cantidad total de nutrientes se consume desde la fase de botones florales hasta la fase de floración.

La mayor cantidad de elementos de nutrición mineral los cereales de primavera la consumen en el período desde el encañado hasta el espigado. Durante el espigado, el trigo consume alrededor del 76% de su máximo de nitrógeno, fósforo y potasio; la cebada, alrededor del 67%; y la avena, el 47%.

Los cultivos de cereales son más exigentes en cuanto a la nutrición nitrogenada durante la formación del aparato asimilador y durante la diferenciación de los órganos reproductores. La remolacha azucarera necesita un suministro suficiente de potasio durante la acumulación de azúcar.

El pepino es exigente en nutrición nitrogenada durante la formación del aparato asimilador y en fósforo antes de la floración. Durante el período de fructificación, el pepino presenta mayores exigencias de suministro de nitrógeno y potasio.

El aumento de la nutrición nitrogenada y parcialmente fosfatada durante la formación de botones florales y la floración conduce a un aumento del rendimiento de los cereales. Una mayor nutrición nitrogenada durante la formación de la masa foliar y una mejora de la nutrición fosfopotásica posteriormente aumentan el rendimiento de los cultivos de raíces y tubérculos.

La necesidad de la mayoría de los cultivos de nutrición nitrogenada disminuye hacia el inicio de la formación de frutos; el papel del fósforo y el potasio, por el contrario, aumenta. En general, el período de formación de frutos se caracteriza por una disminución del consumo de nutrientes, y los procesos vitales en las plantas hacia el final de la vegetación se realizan principalmente mediante la reutilización de los nutrientes acumulados.

En el sistema de fertilización, el fertilizante principal debe asegurar la nutrición de las plantas durante todo el período de vegetación; por ello, antes de la siembra se aplican todos los fertilizantes orgánicos y la mayor parte de los minerales. Para proporcionar a las plantas nutrientes en el período inicial se aplica un fertilizante de siembra.

La cantidad y la calidad del rendimiento pueden regularse mediante abonados de cobertera en diferentes períodos de vegetación. Los abonados de cobertera mejoran la nutrición de las plantas en los períodos más críticos o cuando se detecta una deficiencia de algún elemento nutritivo.

La necesidad de nutrientes también cambia a lo largo del día. La periodicidad diaria se ha señalado para casi todos los procesos vitales de las plantas.

En condiciones de nutrición artificial (en medios nutritivos) tienen importancia la composición, la concentración de la solución nutritiva y el régimen de su uso durante la vegetación. Por ejemplo, mediante una deficiencia temporal de nutrientes en el medio externo en determinados períodos de vegetación se puede intensificar el desarrollo del sistema radicular, y reemplazando la solución nutritiva por agua se puede provocar un hambre temporal, estimulando así la formación de tubérculos en la patata, el cuajado de frutos en el tomate y lograr así la precocidad con este procedimiento.

La periodicidad diaria de absorción de nutrientes se manifiesta en condiciones ambientales variables y constantes y tiene el carácter de un ritmo endógeno interno. Tal periodicidad diaria regulada de los procesos permite a las plantas adaptarse a las condiciones cambiantes del medio externo. Los ritmos endógenos diarios y circadianos (cercanos a 24 horas) en condiciones artificiales constantes tienden a atenuarse, pero se restablecen cuando las condiciones cambian. La capacidad de las plantas de cambiar el ritmo circadiano permite aumentar su supervivencia.

Los ritmos en las plantas pueden ser anuales, estacionales y diarios. También se observan ritmos de carácter impulsivo, con períodos desde varios segundos hasta horas. Por ejemplo, tales ritmos de actividad corta se han observado en la actividad absorbente y excretora de las raíces.

En condiciones de cultivo artificial de plantas, el método de nutrición periódica es de interés, ya que permite aumentar la productividad de las plantas sin aumentar los costos.

Lista de fuentes

• Mineev V. G., Sychev V. G., Gamzikov G. P. et al. (2017). Agroquímica. Libro de texto. Ed. por Mineev V. G. Moscú: Editorial del VNIIA im. D. N. Pryanishnikova.
• Yagodin B. A., Zhukov Yu. P., Kobzarenko V. I. (2002). Agroquímica. Ed. por B. A. Yagodin. Moscú: Kolos.