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Composición química de las plantas

La composición química de las plantas es el complejo de compuestos químicos que forman los órganos de una planta, incluyendo proteínas, grasas, carbohidratos, elementos de ceniza (minerales) y agua. Todas estas sustancias son sintetizadas y utilizadas por las plantas en el curso de su vida.

El contenido de sustancias químicas en una planta y sus órganos individuales depende de las características genéticas, la especificidad de sus funciones, los procesos de biosíntesis y el estado fisiológico de los órganos y tejidos.

Agua

El contenido de agua en la mayoría de los órganos vegetativos de las plantas es del 70-95%, y en las semillas — del 5 al 15%.

La disponibilidad de agua en las células vegetales determina la velocidad y la dirección de los procesos vitales de las plantas. A su vez, las condiciones de nutrición mineral, el suministro de agua y las peculiaridades biológicas de las plantas determinan su contenido de agua.

El agua en el organismo vegetal es el medio para las reacciones bioquímicas y participa directamente en estos procesos. Las proteínas y algunos otros compuestos orgánicos se hidratan en el protoplasma en los agregados estructurales dándoles ciertas propiedades coloidales y fisicoquímicas. Sólo bajo un régimen hídrico óptimo puede la planta hacer un uso racional de los nutrientes.

La falta de agua en las plantas provoca una alteración de todos los procesos vitales, una disminución de la intensidad de la fotosíntesis, y su pérdida por encima de un determinado límite conduce a la muerte de la planta. Para mantener el estado de turgencia normal, es esencial una entrada constante de agua.

Las plantas tienen un mecanismo de defensa contra los déficits temporales de humedad, pero la sequía prolongada tiene un efecto negativo en su desarrollo. En este caso, no sólo se pierde el agua libre, sino también el agua ligada a los coloides, lo que conduce a una disminución de la capacidad de adsorción de los coloides, de su grado de riego, de la viscosidad del protoplasma; se detiene la síntesis de las proteínas y de la clorofila; se interrumpe el intercambio de fósforo; se descomponen los ácidos nucleicos, los fosfátidos, las nucleoproteínas; se reduce la transición del fósforo mineral al fósforo orgánico; disminuye la relación entre el fósforo orgánico y el fósforo mineral.

Materia seca

La materia seca de las plantas está formada por un 90-95% de compuestos orgánicos y un 5-10% de sales minerales.

La materia orgánica principal incluye proteínas y otros compuestos nitrogenados (aminoácidos, péptidos), grasas (lípidos, aceites), hidratos de carbono (almidón, azúcares, glucosa, fructosa, celulosa, lignina, fibra, sustancias pectínicas).

Las sales minerales están representadas por compuestos inorgánicos de calcio, fósforo, potasio, magnesio, azufre y otros. Los elementos de nitrógeno y cenizas absorbidos del suelo representan entre el 6 y el 10% de la materia seca.

Tabla. Contenido de nitrógeno y cenizas en diversos órganos de la planta (% del peso de la materia seca)[ref]Fundamentos de agronomía: libro de texto/Y.V. Evtefeev, G.M. Kazantsev. - M.: FORO, 2013. - 368 págs.: ilustración[/ref].

Las plantas y sus órganos
Nitrógeno
Cenizas
Trigo:
grano
2-3
2-4
paja
0,5
3-5
nuevas hojas
4-6
8-12
Guisantes:
grano
4-5
3-5
paja
1-1,5
4-5
Patatas:
tubérculos
1-2
3-5
hojas
4-6
8-14
Remolacha azucarera:
raíces
1,0
2-3
hojas
2-3
6-12

Tabla. Composición química media del rendimiento de las plantas agrícolas, % (por Pleshkov)[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
Agua
Ardillas
Proteína cruda
Grasas
Almidón, azúcares y otros hidratos de carbono distintos de la fibra
Fibra
Cenizas
Trigo (grano)
14
14
15
2,0
65
2,5
1,7
Centeno (grano)
14
12
13
2,0
68
2,3
1,6
Avena (grano)
13
11
12
4,2
55
10
3,5
Cebada (grano)
13
9
10
2,2
65
5,5
3,0
Arroz (grano refinado)
11
7,0
8,0
0,8
78
0,6
0,5
Maíz (grano)
15
9
10
4,7
66
2,0
1,5
Trigo sarraceno (grano)
13
9
11
2,8
62
8,8
2,0
Guisantes (semilla)
13
20
23
1,5
53
5,4
2,5
Judías (semillas)
13
18
20
1,2
58
4,0
3,0
Soja (semilla)
11
29
34
16
27
7,0
3,5
Girasol (granos)
8
22
25
50
7,0
5,0
3,5
Lino (semilla)
8
23
26
35
16
8,0
4,0
Patatas (tubérculos)
78
1,3
2,0
0,1
17
0,8
1,0
Cultivos de raíz de remolacha azucarera
75
1,0
1,6
0,2
19
1,4
0,8
Remolacha forrajera (cultivos de raíces)
87
0,8
1,5
0,1
9,0
0,9
0,9
Zanahorias (hortalizas de raíz)
86
0,7
1,3
0,2
9,0
1,1
0,9
Cebollas
85
2,5
3,0
0,1
8,0
0,8
0,7
Trébol (materia verde)
75
3,0
3,6
0,8
10
6,0
3,0
Erizos recogidos (materia verde)
70
2,1
3,0
1,2
10
10,5
2,9

Tabla. Composición química media de las semillas oleaginosas, % peso seco[ref]Yagodin B.A., Zhukov U.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
Grasas
Ardillas
Fibra
Otros hidratos de carbono
Cenizas
Girasoles (semillas enteras)
34
16
25
20
3,8
Girasol (semillas en grano)
56
26
6
6
3,8
Lino
37
26
8
22
4,0
Cáñamo
34
22
19
20
4,0

Tabla. Contenido medio de sustancias básicas en los cultivos de hortalizas, frutas y bayas, en % de peso bruto[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
Azúcar
Ácidos orgánicos
Sustancias nitrogenadas
Fibra
Cenizas
Ácido ascórbico, mg/100 g
Col blanca
4,0
0,3
1,3
0,8
0,7
30
Coliflor
3,0
0,1
2,5
1,2
0,8
100
Tomate
3,0
0,5
0,6
0,2
0,5
30
Pimiento dulce
4,0
0,2
1,5
1,0
0,7
200
Berenjena
3,0
0,2
0,9
1,0
0,5
5
Pepino
1,5
0,005
0,8
0,5
0,4
5
Cebolla
10,0
0,2
1,6
0,6
0,5
7
Ajo
0,5
0,2
7,0
1,0
1,0
15

La composición química de las plantas está representada por más de 70 elementos químicos, siendo el oxígeno, el carbono y el hidrógeno los que tienen la mayor fracción de masa.

El dióxido de carbono y el agua se convierten en compuestos orgánicos sin nitrógeno en las plantas durante la fotosíntesis. El carbono, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno constituyen el 95% de la materia seca de las plantas (carbono 45%, oxígeno 42, hidrógeno 6,5 y nitrógeno 1,5%), estos cuatro elementos químicos se denominan elementos organógenos.

Tabla. Contenido medio de elementos químicos en las plantas (por Vinogradov), %[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Elemento químico
Contenido
Elemento químico
Contenido
Oxígeno
70
Cobre
2·10-4
Carbono
18
Vanadio
1·10-4
Hidrógeno
10
Boro
1·10-4
Calcio
0,3
Titanio
1·10-4
Potasio
0,3
Zirconio
n·10-4
Nitrógeno
0,3
Bario
n·10-4
Silicio
0,15
Estroncio
n·10-4
Magnesio
0,07
Níquel
5·10-5
Fósforo
0,07
Arsénico
3·10-5
Azufre
0,05
Cobalto
2·10-5
Aluminio
0,02
Flúor
1·10-5
Sodio
0,02
Litio
1·10-5
Hierro
0,02
Yodo
1·10-5
Cloro
0,01
Plomo
n·10-5
Manganeso
0,001
Cadmio
1·10-6
Cromo
5·10-4
Cesio
n·10-6
Rubidio
5·10-4
Selenio
1·10-6
Zinc
3·10-4
Mercurio
n·10-7
Molibdeno
3·10-4
Radium
n·10-14

El contenido de elementos de nitrógeno y cenizas en las plantas puede variar mucho y depende de las características biológicas y las condiciones de cultivo. Por ejemplo, hay más elementos de ceniza en las raíces, los tallos y las hojas que en las semillas.

Tabla. Contenido de elementos nutritivos básicos en diversas plantas agrícolas, % por materia seca al aire (según Petukhov et al.)[ref]Yagodin B.A., Zhukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref].

Cultivo
N
Elementos de ceniza
P2O5
K2O
MgO
CaO
Trigo (grano)
2,50
0,85
0,50
0,15
0,07
1,7
Trigo (paja)
0,50
0,20
0,90
0,10
0,28
4,8
Centeno de invierno (grano)
2,00
0,85
0,60
0,12
0,10
1,8
Centeno de invierno (paja)
0,45
0,26
1,00
0,09
0,29
3,9
Maíz (grano)
1,80
0,57
0,37
0,20
0,03
1,50
Cebada de primavera (grano)
2,10
0,85
0,55
0,16
0,10
3,00
Cebada de primavera (paja)
0,50
0,20
1,00
0,09
0,33
4,50
Avena (grano)
2,10
0,85
0,50
0,17
0,16
2,90
Avena (paja)
0,65
0,35
1,60
0,12
0,38
6,40
Arroz (grano)
1,20
0,81
0,31
0,18
0,07
5,20
Guisantes (semillas)
4,50
1,00
1,25
0,13
0,09
2,60
Guisantes (masa verde)
0,65
1,15
-
0,14
0,35
1,40
Judías (semillas)
3,68
1,38
1,72
0,29
0,24
3,90
Lupino (semilla)
4,80
1,42
1,14
0,45
0,28
3,70
Lupino (masa verde)
0,55
0,11
0,30
0,06
0,16
0,90
Soja (semilla)
5,80
1,04
1,26
0,26
0,17
2,80
Lino (semillas)
4,00
1,35
1,00
0,47
0,27
3,30
Lino (paja)
0,62
0,42
0,97
0,20
0,69
3,00
Girasol (semilla)
2,61
1,39
0,96
0,51
0,20
3,30
Girasol (planta entera)
1,56
0,76
5,25
0,68
1,53
10,0
Remolacha azucarera (hortalizas de raíz)
0,24
0,08
0,25
0,05
0,06
0,60
Remolacha forrajera (hortalizas de raíz)
0,19
0,07
0,42
0,04
0,04
0,80
Patatas (tubérculos)
0,32
0,14
0,60
0,06
0,03
1,00
Bruvat (verduras de raíz)
0,21
0,11
0,35
0,03
0,04
0,70
Zanahorias forrajeras (hortalizas de raíz)
0,18
0,11
0,40
0,05
0,07
0,09
Coles (cabezas de col)
0,33
0,10
0,35
0,03
0,07
0,70
Tomate (fruta)
0,26
0,07
0,32
0,06
0,04
0,70
Hierbas (heno de pradera)
0,70
0,70
1,80
0,41
0,95
7,48
Alfalfa en floración temprana
2,60
0,65
1,50
0,31
2,52
6,29
Trébol de pradera en flor
1,97
0,56
1,50
0,76
2,35
5,38
Vicia en flor
2,27
0,62
1,00
0,46
1,63
4,54
Timothy
1,55
0,70
2,04
0,20
0,49
5,91

La composición de las cenizas también varía de una planta a otra, reflejando las diferentes necesidades minerales del cultivo. El contenido de fósforo, potasio, calcio y magnesio suele expresarse como sus óxidos.

Por ejemplo, el potasio en las cenizas de las hojas de la mayoría de las plantas representa entre el 30 y el 50%; en la alfalfa, la veza y el trébol el contenido de calcio es significativamente mayor que el de potasio. En las hojas viejas, el contenido de potasio, fósforo y azufre disminuye y el contenido de calcio aumenta del 20-40 al 50-60% de la masa de cenizas.

Tabla. Contenido aproximado de elementos individuales en la ceniza vegetal, % de su peso (Smirnov, Muravin)[ref]Yagodin B.A., Zhukov U.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
P2O5
K2O
CaO
MgO
SO3
Na2O
SiO2
Trigo (grano)
48
30
3
12
5
2
2
Trigo (paja)
10
30
20
6
3
3
20
Guisantes (grano)
30
40
5
6
10
1
1
Guisantes (paja)
8
25
35
8
6
2
10
Patatas (tubérculos)
16
60
3
5
6
2
2
Patatas (haulm)
8
30
30
12
8
3
2
Remolacha azucarera (raíces)
15
40
10
10
6
10
2
Remolacha azucarera (haulm)
8
30
15
12
5
25
2
Girasol (semilla)
40
25
7
12
3
3
3
Girasol (tallos)
3
50
15
7
3
2
6

Elementos químicos que necesitan las plantas

Las plantas necesitan, según los datos actuales, 20 elementos y 12 están clasificados como condicionalmente esenciales:

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

Tabla. Contenido de los principales elementos de nutrición mineral en la materia seca de una planta típica (Smirnov, Muravin)[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Elemento macro
Contenido, mil por mil millones de átomos
Micro elemento
Contenido, mil por mil millones de átomos
N
10000
B
3
P
1060
Mn
1
K
3760
Zn
0,3
Ca
1840
Cu
0,1
Mg
1740
Mo
0,005
S
580
Co
0,001
Fe
130

Los elementos esenciales son aquellos que intervienen en los procesos vitales de las plantas y que no pueden ser sustituidos por otros. Los elementos condicionalmente esenciales son aquellos que, según las investigaciones, pueden tener un efecto positivo en el desarrollo de ciertas plantas.

Los macronutrientes son elementos que pueden variar desde una centésima de porcentaje hasta un porcentaje completo del organismo vegetal.

Los micronutrientes son elementos que se expresan en milésimas o centésimas de porcentaje. La eficacia de algunos micronutrientes depende de las condiciones naturales y climáticas. Por ejemplo, se observa un efecto positivo del zinc, el manganeso y el hierro en los suelos neutros de la zona esteparia, especialmente en los suelos negros carbonatados, mientras que las plantas suelen sufrir su exceso en los suelos podológicos. En las zonas forestales-esteparias y esteparias, la aplicación de microfertilizantes de cobre no suele aumentar el rendimiento, salvo en el caso del maíz. En cambio, en los suelos de turba pantanosos y drenados, el cobre como microfertilizante es esencial para obtener un alto rendimiento de los cultivos de cereales.

El molibdeno tiene casi universalmente un efecto positivo en los cultivos de leguminosas debido a su participación en los procesos fisiológicos y bioquímicos de fijación del nitrógeno atmosférico por las bacterias de los nódulos. Sin embargo, la eficacia del molibdeno en distintas condiciones edafológicas y climáticas es diferente, lo que se explica por el diferente contenido de sus formas móviles en los suelos.

Los ultramicronutrientes son elementos que contienen menos de una centésima de porcentaje.

Entre los micronutrientes se encuentran el oro, la plata, el cromo, el níquel, el tungsteno, el bromo, el uranio, el rubidio y el cesio, entre otros. La importancia fisiológica de estos elementos en la vida de las plantas es poco conocida.

La división en macro, micro y ultramicronutrientes es condicional. Por ejemplo, el hierro, según su contenido en las plantas, pertenece a los macronutrientes, pero según las funciones que desempeña, a los micronutrientes.

El contenido de oligoelementos en varios órganos de las plantas sigue ciertos patrones. Así, el manganeso y el molibdeno se encuentran más a menudo en las hojas, mientras que el zinc, el boro, el cobalto y el cobre se acumulan tanto en los órganos vegetativos como en los generativos si se les suministra lo suficiente. Los cultivos de cereales se caracterizan por un mayor contenido de boro en el grano, mientras que las legumbres se caracterizan por un mayor contenido de boro en los órganos vegetativos.

Los diferentes grupos biológicos de plantas difieren en sus necesidades de concentraciones óptimas de oligoelementos. Por ejemplo, el maíz y el tabaco tienen una gran necesidad de zinc, mientras que los cereales necesitan manganeso y molibdeno.

Las formas de los compuestos en los que las plantas absorben los nutrientes

Las plantas absorben la mayor parte de sus nutrientes en forma iónica a través del sistema radicular. Los aminoácidos, los azúcares y los fosfatos de azúcar pueden utilizarse en pequeñas cantidades para la nutrición de las plantas.

Los aminoácidos se desaminan al entrar en la planta, y el amoníaco liberado se utiliza en procesos sintéticos.

El nitrógeno se absorbe en forma de NO3 nitrato y NH4+ amonio. Estos iones se forman en el suelo a partir de la materia orgánica mediante la amonificación y la nitrificación microbiológicas. La forma de nitrato se reduce a amoníaco mediante enzimas.

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

El proceso de fijación del nitrógeno molecular bajo la influencia de los microorganismos del suelo desempeña un papel importante en la nutrición de nitrógeno de las plantas. En este proceso desempeñan funciones importantes las enzimas nitrogenasa, la leghemoglobina, los compuestos del grupo de la vitamina B12, el hierro, el molibdeno, el cobalto, el cobre, etc.

El azufre es asimilado por las plantas en forma de sulfato SO42-. En las plantas, el sulfato se reduce a sulfito SO32- y a sulfuro S2-, que forman grupos sulfhidrilos (S-H) o disulfuros (-S-S-) mediante la adición de hidrógeno. El azufre forma parte de la acetilcoenzima A, los aminoácidos cisteína, cistina y metionina.

El fósforo es absorbido por las plantas como fosfato H2PO4, HPO42- o PO43-. En las plantas, el fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos -compuestos responsables de las propiedades de las membranas celulares-, las coenzimas, incluidos los nucleótidos de piridina y los nucleósidos fosfatos. Los fosfatos de adenosina son importantes en el metabolismo energético.

El metabolismo primario del fósforo implica su participación en la síntesis de nucleótidos en milisegundos. En exposiciones de hasta 10 minutos, el fósforo se encuentra en la composición de los ácidos nucleicos. Las exposiciones de más de 3 horas, cuando la reserva metabólica de aceptores de fósforo está saturada, muestran que el fósforo entra en la vacuola en forma inorgánica. En ausencia de aire se produce una acumulación de aceptores de fósforo no utilizados en el metabolismo respiratorio, lo que explica la intensa acumulación de fósforo en las raíces en ausencia de oxígeno.

El cloro entra en las plantas como cloruro de Cl. En muchas plantas, el cloro puede estar presente en altas concentraciones sin tener un efecto negativo. Esto es especialmente cierto en el caso de las halófitas, plantas tolerantes a la sal.

El boro y el molibdeno entran en las plantas como 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, hasta 50-100 mM, es un rasgo característico de todas las células vegetales y animales. Sólo a una determinada concentración de iones de potasio pueden desarrollarse normalmente en la célula la biosíntesis de proteínas, la fotosíntesis, la respiración y la síntesis de compuestos de alto peso molecular (almidón, grasas e hidratos de carbono).

Necesidades biológicas de nutrientes de los cultivos

Las diferencias en las necesidades de nutrientes de las especies y variedades de cultivos en las mismas condiciones edafoclimáticas se deben a las diferencias en la composición química de las plantas. Todos los factores medioambientales tienen una influencia significativa en la composición química de las plantas y, por tanto, en las necesidades de nutrientes de cualquier cultivo.

Las diferencias en las necesidades de nutrientes de los cultivos están claramente representadas en los valores de eliminación biológica y, más a menudo, económica de elementos con el rendimiento o en la forma de su gasto por unidad de la principal con la correspondiente cantidad de subproductos.

La importancia práctica para determinar las dosis y proporciones óptimas de fertilizantes para los cultivos en las rotaciones de cultivos es la eliminación y el gasto económico de nutrientes por unidad de producto principal con la correspondiente cantidad de subproductos.

Tabla. Costes aproximados de nutrientes (kg) por unidad (t) del principal con la correspondiente cantidad de subproductos en algunos cultivos[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
Principales productos
Consumo
N
P2O5
K2O
Centeno de invierno
Grano
25-30
12-13
25-30
Trigo de invierno
Grano
25-35
10-12
20-30
Trigo de primavera
Grano
30-40
10-12
20-30
Cebada
Grano
25-30
10-12
20-25
Avena
Grano
27-33
12-15
28-33
Mijo
Grano
30-35
10-12
30-35
Maíz
Grano
23-30
9-13
30-40
Trigo sarraceno
Grano
35-45
20-27
55-65
Arroz
Grano
20-25
8-12
28-32
Guisantes
Grano
55-65
13-20
17-25
Vicia
Grano
50-60
12-16
16-20
Lupino
Grano
70-80
15-25
40-50
Girasol
Semillas
55-65
20-30
160-200
Patatas
Tubérculo
5-6
1,5-2,0
7-9
Nabo
Tubérculo
2-3
1,0-2,0
3-5
Remolacha
Hortalizas de raíz
4-5
1,5-2,0
7-9
Lino
Paja
14-16
7-8
12-14
Trébol con Phleum
Heno
15-25
6-10
10-20
Trébol
Heno
20-30
5-8
10-20
Lucerna
Heno
25-35
5-8
10-20
Mezcla de guisantes y avena
Masa verde
3-5
1-2
3-5
Maíz
Masa verde
3-5
1-2
4-6
Col blanca
Cabezas
2,5-3,8
1,0-1,5
3,5-4,5
Coliflor
Cabezas
9-10
3-4
12-13
Pepino
Frutas
3-4
1-2
4-5
Tomate
Frutas
3-4
1,0-1.5
4-6
Zanahorias
Hortalizas de raíz
3-4
1.0-1,5
4-6
Remolacha de mesa
Hortalizas de raíz
4-6
1,5-2,0
6-7
Cebolla
Cebolla
3-4
1,0-1,5
3-4
Fresa
Bayas
4-5
1-2
5-6
Gooseberry
Bayas
3-4
1-2
4-5
Grosella
Bayas
5-6
1,5—2,0
5-6
Manzano
Frutas
2-3
0,5-1,0
3-4
Pera
Frutas
2-3
0,5-0,9
2,5-3,0
Ciruela
Frutas
3,0-3,5
0,5-1,0
3-5

Las raíces y los residuos de los cultivos forman parte de la exportación biológica. Pero mientras permanecen en el campo, también son una fuente adicional de nutrientes para los cultivos que les siguen después de la cosecha. Teniendo esto en cuenta, es práctico determinar el rendimiento económico y, con él, los aportes de nutrientes por unidad de producción.

La intensificación de la agricultura, acompañada de un aumento de la productividad de los cultivos, conduce a un aumento de la exportación económica de nutrientes con los cultivos. 

Los datos medios a largo plazo sobre el gasto de nutrientes por unidad de rendimiento de cada variedad para condiciones específicas de suelo y clima como rasgo genotípico son relativamente constantes y sirven de base para los cálculos de las extracciones económicas, los balances de nutrientes y las dosis óptimas de fertilizantes en cualquier productividad de esta variedad.

Cada cultivo pasa por un ciclo de nutrientes específico en su desarrollo, por lo que los fertilizantes pueden utilizarse para regular los procesos en las diferentes etapas de crecimiento y desarrollo de las plantas.

La primera etapa -germinación y emergencia de las semillas- se caracteriza por unas necesidades de nutrientes relativamente bajas para todos los cultivos. Sin embargo, es durante este periodo cuando los cultivos son más sensibles a las carencias, excesos y concentraciones elevadas de sales en la solución del suelo. Los cultivos en esta fase no tienen un sistema radicular desarrollado ni excreciones radiculares significativas, por lo que necesitan pequeñas cantidades de elementos, unos 5-20 kg/ha al día, en una forma disponible soluble en agua.

Las sales hidrosolubles de nitrógeno y potasio se encuentran generalmente en pequeñas cantidades incluso en suelos pobres a la profundidad de colocación de las semillas, mientras que las sales hidrosolubles de fósforo están casi ausentes incluso en suelos fértiles. Por consiguiente, pequeñas dosis de superfosfato (10 kg P2O5/ha) suelen ser eficaces como abono de presiembra para todos los cultivos y suelos.

En cultivos como las legumbres, las hortalizas y los cultivos en hilera, especialmente en suelos muy pobres en nitrógeno, el nitrógeno se utiliza junto con el fósforo. Algunos cultivos, por ejemplo, todos los tipos de remolacha, responden positivamente a un abono complejo que incluye fósforo, nitrógeno y potasio.

Los micronutrientes se añaden al abono complejo de presiembra cuando el material de siembra no ha sido tratado con micronutrientes. Las dosis de abono de presiembra (de arranque) suelen ser del 3 al 10% de las necesidades totales, aunque a veces, en caso de escasez de abono, se limitan. Una deficiencia de un nutriente durante este periodo no se compensará totalmente durante los siguientes periodos de desarrollo de la planta.

La segunda etapa es el período de crecimiento y desarrollo intensivo de la masa vegetativa. Para la mayoría de los cultivos se caracteriza por una intensa absorción de nitrógeno y, en menor medida, de fósforo y potasio. Para los cultivos amantes del potasio, como el girasol, la remolacha, la patata y el maíz, el potasio es más importante que el fósforo. En esta etapa de desarrollo y en las siguientes, los abonos pueden ser en forma de sales, pero deben situarse en la zona del sistema radicular de absorción activa.

Según el cultivo, las condiciones de cultivo y el suelo y el clima, los fertilizantes pueden aplicarse antes de la siembra o después de la brotación. Los microfertilizantes se aplican como fertilizantes foliares, los fertilizantes nitrogenados se aplican como fertilizantes de raíz y foliares, los fertilizantes potásicos se aplican sólo como fertilizantes de raíz.

La tercera etapa es la fructificación o formación de órganos reproductores. Para la mayoría de los cultivos se caracteriza por una disminución del consumo de nutrientes con un cambio simultáneo de mínimos: aumenta la necesidad de fósforo y de potasio, para los cultivos amantes del potasio, principalmente de éste, y disminuye la de nitrógeno. En esta etapa se produce en las plantas una redistribución intensiva de los elementos previamente absorbidos: la salida de las hojas hacia las semillas, los frutos y las raíces. Las sustancias consumidas deben estar en la zona de absorción activa del sistema radicular, es decir, deben aplicarse antes en forma de abono de pre-siembra o post-siembra.

El cáñamo, el lino, el arroz y los cereales de primavera tienen el período más corto de consumo de nutrientes, que termina al final de la segunda etapa de crecimiento. Por ejemplo, el cáñamo consume unos 2/3 de todos los nutrientes desde el brote hasta la floración, el arroz y los cereales de primavera hasta 3/4 desde el ahijamiento hasta la floración, y en la fase de fructificación estos cultivos pueden incluso perder parte de su aporte de nutrientes con las hojas inferiores muertas.

Por ello, en el caso de los cultivos, el abono debe aplicarse antes de la siembra o en el momento de la misma. La fertilización sólo es posible para una parte del abono nitrogenado con el fin de reducir las pérdidas de nitrógeno en zonas de humedad suficiente y excesiva, o para aumentar el contenido de proteína del grano.

La gran mayoría de los cultivos restantes tienen un período prolongado de absorción de nutrientes, que alcanza su punto máximo en la segunda etapa.

En algunos cultivos, como el algodón y el tomate, la ingesta de nutrientes se prolonga hasta el final de la temporada de crecimiento, con una ingesta máxima en la tercera fase de crecimiento y desarrollo. Para este tipo de cultivos, además de los abonos de presiembra (fósforo-potasio y parte de nitrógeno) y de presiembra (fósforo y/o fósforo-nitrógeno) se aplican abonos nitrogenados, microelementos y nitrógeno-potasio.

Las proporciones de nutrientes de los cultivos varían. Así, la relación N:P2O5:K2O en los rendimientos económicos es, por término medio, 3:1:2,5 en los cultivos de cereales, 3:1:4 en los cultivos de raíces y 4:1:2 en las leguminosas de grano. Incluso en un mismo cultivo y variedad, la proporción de elementos puede variar con el tiempo, ya que la masa y la composición de los órganos formadores cambian a medida que la planta crece y se desarrolla.

La dinámica de la ingesta de nutrientes también depende de la precocidad de las variedades. Las variedades tempranas, que tienen una temporada de crecimiento corta, consumen los nutrientes más intensamente y, por lo tanto, tienen mayores necesidades nutricionales. Las variedades de maduración media y tardía, en cambio, consumen nutrientes durante un periodo más largo, normalmente en mayores cantidades, por lo que necesitan ser abonadas a varios intervalos.

Los datos de referencia y las recomendaciones de las instituciones de investigación zonales, así como las características agronómicas de las variedades zonales, se utilizan para determinar las dosis y los métodos óptimos de aplicación de fertilizantes para los cultivos. Si no se dispone de datos, se determinan de forma experimental mediante experimentos de campo.

Para ello, se determinan los aportes económicos y de nutrientes por unidad de producto principal con la correspondiente cantidad de subproductos. Los resultados obtenidos se ajustan al máximo a las condiciones edafoclimáticas locales.

Eliminación económica y biológica

La eliminación biológica es la extracción de nutrientes del suelo por todas las partes de la planta: la principal y los subproductos, los residuos de los cultivos, las raíces y las hojas caídas que quedan en el campo.

La eliminación económica (doméstica) es la eliminación de nutrientes con la cosecha de los principales y subproductos del campo.

Tabla. Eliminación económica de los principales elementos nutritivos por rendimiento del cultivo, % de biológico[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref].

Cultivo
N
P2O5
K2O
Hierbas perennes (trébol y Phleum)
48
48
52
Primer año de uso del trébol
40
40
50
Trébol segundo año de uso
40
40
47
Hierbas anuales (vicia, guisantes y avena)
61
68
66
Cereales
75
79
64
Patatas
71
72
79
Maíz para ensilaje
80
82
71
Frijoles forrajeros para ensilaje
76
85
70
Tomate
66
72
86
Pepino
53
60
58
Col blanca
55
49
38
Cebollas de nabo
67
73
80
Coliflor
25
21
27

Las necesidades de nutrientes de las plantas vienen determinadas por el rendimiento del cultivo principal por unidad de masa, teniendo en cuenta la cantidad de subproductos. La puerta de la explotación se utiliza para calcular las tasas de aplicación de fertilizantes para los rendimientos previstos de los cultivos.

Tabla. Eliminación económica media y relación de los principales nutrientes por 1 tonelada de rendimiento del cultivo, en kg[ref]Fundamentos de Agronomía: libro de texto/Y.V. Evtefeev, G.M. Kazantsev. - M.: FORO, 2013. - 368 págs.: ilustración[/ref][ref]Mejora vegetal/P.P. Vavilov, V.V. Gritsenko, V.S. Kuznetsov y otros; editado por P.P. Vavilov. - 5ª ed. revisada y ampliada - M.: Agropromizdat, 1986. - 512 p.: ill. - (Libro de texto y material didáctico para centros de enseñanza superior)[/ref].

Cultivo
Principales productos
Llevarse el producto principal, teniendo en cuenta los subproductos
Ratio N:Р2O5:K2O
N
Р2O5
K2O
Trigo de invierno
Grano
35
12
26
3,0:1:2,2
Centeno de invierno
Grano
30
12
28
2,5:1:2,3
Trigo de primavera
Grano
38-47
12
18-25
3,2:1:2,1
Cebada
Grano
27
11
24
2,5:1:2,2
Maíz
Grano
34
12
37
2,8:1:3,0
Avena
Grano
30
13
29
2,3:1:2,3
Mijo
Grano
33
10
34
3,3:1:3,4
Trigo sarraceno
Grano
30
15
40
2,0:1:2,7
Guisantes
Grano
30*-66
16
20
2,0:1:1,2
Vicia
Grano
30*
14
16
2,1:1:1,1
Girasol
Semillas
60
26
180
2,3:1:7,0
Lino longiflorum
Fibra
80
40
70
2,0:1:1,8
Cáñamo
Fibra
200
60
100
3,3:1:17
Patatas tardías
Tubérculo
6
2
9,0
3,0:1:4,5
Remolacha azucarera
Raíces
5,9
1,8
7,5
3,3:1:4,2
Remolacha forrajera
Raíces
4,9
1,5
6,7
3,3:1:4,5
Guisantes y avena
Forraje verde
3,0*
1,4
5,0
2,1:1:3,8
Maíz
Forraje verde
2,5
1,2
4,5
2,1:1:3,8
Centeno de invierno
Forraje verde
3
1,2
4,5
2,5:1:3,8
Phleum
Heno
16
7
24
2,3:1:3,4
Col blanca
Cabezas
3,4
1,3
4,4
2,6:1:3,4
Tomates
Frutas
3,2
1,1
4
2,9:1:3,6

* Fijación de nitrógeno excluida por las bacterias de los nódulos

La ingesta máxima es la mayor cantidad de nutrientes necesaria para crear un rendimiento unitario. Siempre mayor que la eliminación biológica.

La relación entre los nutrientes consumidos y la producción puede variar en función del cultivo y de la estructura del mismo. Por ejemplo, un aumento de la proporción de paja en el rendimiento biológico de los cultivos de cereales consume más nutrientes para crear una tonelada de grano. Las patatas, los girasoles, las coles y la remolacha azucarera consumen mucho más potasio que otros cultivos. El trébol y el cáñamo se caracterizan por un mayor aporte de calcio.

Por lo general, el grano contiene unas 4 veces más nitrógeno y fósforo que la paja, mientras que el potasio y el calcio en la paja son de 2 a 3 veces más que en el grano.

Tabla. Relación media de nutrientes en el rendimiento de diversos cultivos[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref]

Cultivo
N
P2O5
K2O
CaO
Cereales
2,3-3
1,0
1,5-2,2
0,5
Lino
2,0
1,0
1,5
1,0
Cáñamo
2,0
1,0
1,3
3,0-3,5
Trébol
3,5
1,0
3,0
4,0
Patatas
2,5-3,5
1,0
4,0-4,5
-
Remolacha azucarera
2,5-3,5
1,0
3,5-5,0
-
Remolacha forrajera
3,5-4,5
1,0
4,5-6,0
-

Los aportes de nutrientes en la cosecha comercializable están influidos por las condiciones de cultivo. Por ejemplo, para la formación de 10 toneladas de raíces y la correspondiente cantidad de haulm en la zona forestal-esteparia la remolacha azucarera consume 50 kg de nitrógeno, 15 kg de P2O5 y 60 kg de K2O, mientras que cuando crece en la zona no-Chernozem la remolacha azucarera tiene hojas más fuertes y por cada 10 toneladas de raíces consume 80-100 kg de nitrógeno, 35 kg de P2O5 y 145 kg de K2O.

Con un rendimiento de trigo de 3 t/ha, se necesitan 110 kg de N, 40 kg de P2O5 y 70 kg de K2O. Con un rendimiento de 30 t/ha de patatas, se eliminan 150 kg/ha de N, 60 kg/ha de P2O5, 270 kg/ha de K2O.

Calidad de los productos agrícolas

La calidad de los productos agrícolas viene determinada por el contenido de compuestos orgánicos y minerales. Los cultivos se cultivan por un determinado contenido de proteínas, azúcares, fibra, vitaminas y minerales. Así, un alto contenido de fibra en el heno conduce a un deterioro de su calidad forrajera, mientras que el algodón, el lino y el cáñamo se cultivan para producir fibra, cuya calidad aumenta con el incremento del contenido de fibra. La calidad de la remolacha azucarera se evalúa por su contenido en sacarosa, y la de las legumbres por su contenido en proteínas.

Literatura

Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V.G. Sychev, G.P. Gamzikov et al. — M.: Editorial del Instituto Panruso de Investigación Científica que lleva el nombre de D.N. Pryanishnikov, 2017. — 854 с.

Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry / Editado por B.A. Yagodin. — Moscú: Kolos, 2002. — 584 p.: ill.

Fundamentos de Agronomía: Tutorial/Y.V. Evtefeev, G.M. Kazantsev. — M.: FORO, 2013. — 368 p.: ill.