Fertilidad del Suelo y Nutrición Vegetal: Componentes, Procesos y Factores Clave

Fertilidad del Suelo

La fertilidad del suelo es la capacidad de un suelo para suministrar nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Estos nutrientes se almacenan y liberan en diversas formas, algunas de las cuales están disponibles para su absorción por las plantas.

Nutrición Vegetal

La nutrición vegetal es el proceso mediante el cual las plantas absorben del medio que las rodea las sustancias necesarias para realizar su metabolismo, desarrollarse y crecer. El objetivo principal de la nutrición mineral como disciplina es comprender cómo las plantas absorben, movilizan y utilizan los diferentes iones para cumplir con todas sus funciones fisiológicas.

La fertilidad del suelo se mantiene cuando la salida de elementos nutritivos (exportaciones) es compensada por la entrada de los mismos (aportaciones). Si las exportaciones superan a las aportaciones, la fertilidad del suelo disminuye.

Factores que Afectan la Fertilidad del Suelo

Para mejorar o mantener la fertilidad del suelo, es crucial considerar los siguientes factores:

Factores Físicos

La agricultura intensiva puede deteriorar las propiedades físicas de los suelos. Los factores físicos más importantes incluyen:

1. Textura: Influye en la disponibilidad de agua y nutrientes.
2. Estructura: Se mantiene y mejora con la adición de materia orgánica y otros mejoradores.
3. Porosidad: Determina la relación aire/agua.

Factores Químicos

Es fundamental considerar la totalidad de los nutrientes o elementos esenciales, tanto macro como microelementos y elementos secundarios. Se debe distinguir entre la presencia de nutrientes en forma asimilable y no disponible.

Factores Biológicos

La materia orgánica es sustrato y fuente de energía para la microflora del suelo. Interviene en la producción de enzimas, el ciclo del carbono (C), el ciclo del nitrógeno (N), transformaciones microbiológicas de azufre (S), fósforo (P), potasio (K), hierro (Fe) y manganeso (Mn), procesos de humificación, deshumificación, amonificación y nitrificación, etc. La materia orgánica libera nutrientes, especialmente N, P y S.

Los Elementos Químicos y la Vida Vegetal

Un punto de partida para examinar la fertilidad del suelo es definir el término "elemento" o "nutriente" para la planta. Tradicionalmente, se consideran elementos minerales esenciales aquellos que cumplen con los siguientes criterios, establecidos en 1939 por Arnon y Stout (Hopkins, 1999):

1. Un elemento no se considera esencial a menos que su deficiencia haga imposible que la planta complete las etapas vegetativas o reproductivas de su ciclo.
2. La deficiencia debe ser específica del elemento en cuestión y solo puede corregirse mediante su suministro.
3. El elemento debe estar directamente implicado en el metabolismo de la planta, independientemente de sus posibles efectos en la corrección de condiciones desfavorables, químicas o microbiológicas, del medio externo. El elemento es fundamental para el crecimiento de la planta y su metabolismo.

Composición Mineral de los Vegetales

Casi la totalidad del organismo vegetal (94-99.5%) se compone de tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). La mayor parte del C y el O se obtienen del aire, mientras que el H deriva, directa o indirectamente, del agua. Además, las plantas contienen y necesitan cierto número de elementos químicos que, generalmente, son proporcionados a través del sistema radicular.

Macro y Micronutrientes Esenciales

Actualmente, la comunidad científica considera que 16 elementos son esenciales para todas las plantas. Todos ellos, cuando están presentes en cantidades insuficientes, pueden reducir notablemente el crecimiento:

16 Esenciales

• Macronutrientes:
  • Secundarios: Ca, S, Mg
  • Primarios: N, P, K
• Micronutrientes: B, Cu, Cl, Fe, Mn, Mo, Zn

A estos 16 elementos se pueden añadir 3 más: Na, Si, Co, necesarios para algunas especies.

• C, H, O, se encuentran libremente disponibles para las plantas.
• Se consideran elementos nutritivos o fertilizantes a los 13 restantes.

Los animales requieren 15 de los 16 elementos esenciales para las plantas (el boro no es esencial para los animales), aunque también necesitan sodio, yodo (I), selenio (Se) y cobalto.

Elementos No Esenciales Contenidos en las Plantas

Elementos no esenciales como plomo (Pb), arsénico (As), mercurio (Hg), litio (Li), son absorbidos por las raíces en pequeñas cantidades, siempre que se encuentren en el medio en forma de sal soluble.

Efectos Tóxicos de los Elementos Minerales

Los efectos tóxicos dependen del grado de sensibilidad que presente la planta y pueden variar notablemente de una especie a otra, e incluso entre variedades de una misma especie. El arsénico o cromo (Cr) son tóxicos incluso a mínimas concentraciones.

Origen, Formas y Contenidos de los Elementos Esenciales

En el suelo existen dos grandes fuentes de nutrientes fácilmente asimilables por la planta: nutrientes adsorbidos a coloides y aquellos que forman parte de la disolución del suelo. En ambos casos, los elementos esenciales están presentes como iones, pero los cationes son adsorbidos por los coloides en su mayor parte, mientras que los aniones y una pequeña fracción de cationes se hallan en la disolución del suelo. Solo un pequeño porcentaje de los elementos nutrientes presentes en el suelo se encuentran en forma directamente asimilable.

¿Qué es el Suelo?

El suelo es un cuerpo natural situado sobre la superficie terrestre. Podríamos definirlo como la piel de la tierra, donde ocurre la vida y esta difícilmente es concebible sin su existencia. La sociedad humana es posible solo gracias a que la corteza terrestre se cubre con una capa de suelo donde podemos hacer crecer los vegetales.

Etapa Inicial: Clima, Relieve, Organismos, Roca, Tiempo, Fragmentos minerales y Restos de vegetales y animales
Física Química Meteorización: Alteración. Agua y gases, Minerales, Humus, Iones en solución, geles
Constituyentes Etapa Final SUELO: Evolución in situ, Erosión, transporte, deposición, Sedimento

Componentes del Suelo

Los componentes del suelo son: mineral, orgánico, componentes líquidos y gases del suelo.

Componentes Minerales

Son aquellos donde se encuentran ancladas las plantas y de donde obtienen los elementos minerales. Los componentes minerales, el material parental del suelo, pueden clasificarse en: minerales y rocas. Podemos encontrar: silicatos, cuarzo, accesorios y carbonatos.

Silicatos

El grupo más importante de los minerales del suelo, dan origen a los minerales secundarios liberando nutrientes.

Constituyentes de los Silicatos

Todos los silicatos están constituidos por una unidad estructural común: un tetraedro de coordinación Si-O, con el silicio en el centro del tetraedro.

Nombre grupo de silicato

Nesosilicato, soro, ciclo, ino, filo, tecto

Procesos de Transformación

:
La roca y minerales de lasuperficiede le tierra son afectados por la atmosfera y los organismos vivos a traves de los prosesos de meteorizacion, factores que insiden en proseso de meteorizacion: 1 estabilidad de los minerales del suelo 2 temperatura del suelo 3 drenaje q afecta el potencial redox 4 acidez alcalinidad 5 factores bioticos
La meteorizacion puede ser fisica o quimica:
Fisica: Desintegración de las rocas y minerales en fracciones más pequeñas, aumento en la superficie específica, requisito esencial para el ataque químico. Es el resultado de: a) Fluctuaciones de temperatura. b) Congelamiento: (hielo volumen 9% mayor). c) Acción de las raíces.
Química: La descomposición química de los materiales sujetos a acción física por las siguientes reacciones:disolución, hidrólisis, acidólisis, oxidación
Neoformacion de Minerales (Minerales secundarios) :dependiendo de la intensidad y duración de la meteorización la estructura básica de los minerales puede ser a)preservada b) parcialmente descompuesta c) completamente destruida ionica y coloidal
Minerales Secundarios
Estos puden ser originados a partir de la descomposicion de los minerales primarios o tener otro origen
Arcillas: se forman a partir de la descomposicion de silicatos de laminas , o terminos de silicatos. Las arcillas Se puden clasificar en: a) dimorficos b) trimorficos c) interestratificados
Componentes orgánicos del suelo: Componente fundamental del suelo, fuente de N y otros nutrientes como P y S. Importante n la estructura del suelo, relaciones hídricas, temperatura, aireación, intercambio de nutrientes, Organismos vivos del suelo, flora y fauna
organismos vivos del suelo: Comprende la flora y fauna del suelo, constituye aprox. el 1-10% del peso seco total de la materia orgánica.
Flora del suelo: a)bacterias b)actinomisetos c) hongos d)algas e) liquenes
Bacterias nitrificantes: Nitrosomonas, nitrobacter. Oxidan el NH4 (de la descomposición de proteínas) hacia nitritos y nitratos. NH4-NO2-NO3
Bacterias fijadoras de nitrogeno: Pueden ser de vida libre o simbióticas con leguminosas Estas reducen el N atmosférico a N en compuesto organico NO3-NO2-NO3
Bacterias destrinificantes: Desnitrificación bajo condiciones reductoras NO3-NO2-N2
Fauna del suelo: Microfauna protozoos unicelulares (flagelata, ciliata, rhizopoda) y nemátodos Son transportadas en el agua en los poros del suelo. Viven principalmente en bacterias y actinomicetes
Micorrizas: secdenominan micorrizas a los órganos formados por la raíz de una planta y el micelio de un hongo. Su función es la de absorción, por lo que se extienden por el suelo proporcionando agua y nutrientes y protegiendo las raíces de algunas enfermedades.
La materia organica del suelo: Proviene de la descomposición y transformación de materiales de origen animal y/o vegetal cuyas moleculas sufren primero una descomposicion microbianaes decir un cambio en su estructuraq libera compuestos mas simples
Origen, formacion, naturaleza y comportamiento de las sustancias humicas: los prosesos de transformacion de la materia organica en el suelo estan condicionados por factores como la humedad, el PH, la poblacion microbiana y la composicion de los propios restos organicos
Factores que favorecena la descomposicio : son los compuestos ricos en nitrogeno,en relacion al contenido en carbono
Factores desfavorables: compuestos con contenidos en nitrogeno y relacion carbono notrogeno alto lignina, lipidos y compuestos dificil de decomponer
Acidos humicos: Sus moléculas tienen un elevado grado de polimerización; ólico (anillo aromático de fórmula intervienen en las propiedades de intercambio de iones entre las fases sólida y soluble del suelo debido a que tienen grupos carboxilo
Huminas: Son sustancias complejas, que se consideran evolucionadas a partir de los ac. húmicos, cuya unión tan intensa con la arcilla ha provocado que no se disuelvan en reactivos alcalinos.
Componentes liquidos del suelo: Las fases líquida y gaseosa, constituidas por agua y soluciones acuosas y por diferentes gases, se encuentran rellenando los poros y canales del suelo.
Solucion del suelo; El agua que circula por el sistema de poros del suelo no se encuentra en estado puro. En realidad se trata de una solución acuosa en la que aparecen diversas sustancias, disueltas o en suspensión, y que en conjunto constituyen la solución (o disolución) del suelo.
Gases del Suelo: Conformados esencialmente por: O₂, CO₂ y N₂. Cuando se agota el O₂ y se desencadenan procesos de respiración anaerobia pueden aparecer cantidades significativas de SH₂, CH₄ y H₂
Textura : Determina la cantidad de arcilla, limo y arena presente en una muestra de suelo y su clasificación textual.
Estructura: es el estado del mismo, que resulta de la granulometría de los elementos que lo componen y del modo como se hallan éstos dispuestos y que debe contar con los nutrientes suficientes para el desarrollo de las plantas.
Morfologia: Desde el aspecto morfológico la estructura del suelo se define por una forma, un tamono y un grado de manifestación de los agregados a) forma b) tamano c) grado de desarrollo
Estabilidad de la estructura: Se representa como la resistencia a toda modificación de los agregados.
Relacion entre la estructura y la fertilidad de los suelos: Los suelos con baja proporción de agregados estables son más fácilmente erosionables. Las gotas de lluvia al caer directamente sobre los agregados los rompen con facilidad de manera que pueden ser arrastradas más fácilmente por la escorrentía superficial.
Porosidad y densidad del suelo : La consecuencia de la estructuración de la fase sólida del suelo es la aparición de un sistema de poros, que trae como consecuencia la existencia de varias relaciones entre su masa y su volumen
Densidad real: Corresponde a la densidad media de los componentes de la fase sólida del suelo. Para un horizonte determinado del perfil del suelo la Dr se mantendrá más o menos constante a lo largo del tiempo, al ser una propiedad independiente de la estructura y ser poco variables la naturaleza de las partículas.
Densidad aparente: Densidad del suelo seco en conjunto, incluyendo parte sólida y poros. A diferencia de la dr, la da puede cambiar en poco tiempo ya que está influenciada por los parámetros que afectan al espacio ocupado por los poros.
Reactividad del suelo: La reactividad de un suelo depende de sus fases fluidas mayor parte de las reacciones del suelo tiene lugar en la fase liquida o en la interfaz fas líquida - fase sólida
Reactividad de la fase líquida: La Fase líquida es el principal medio de reacción. Además, el agua y las especies disueltas son reactivos. La reactividad de la fase líquida depende de su composición. En particular del pH, potencial redox, y presencia de agentes complejantes- Reactividad de la fase gaseosa: La fase gaseosa actúa fundamentalmente a través de su equilibrio con la fase líquida. Los factores más importantes son el oxígeno, que determina el potencial redox, y el CO₂ que influye sobre el pH y sobre el potencial redox Reactividad de la fase solida: dentro de los sólidos del suelo, las partículas mas pequeñas son las que presentan mayor reactividad químicaEn la fase sólida inorgánica: la reactividad recide en las particulas de tamano arcilla depende de 2 factores: La solubilidad- La capacidad de adsorción superficial En la fase sólida orgánica: la reactividad reside fundamentalmente en el humus Superficie específica: La superficie específica de un suelo es el área de las partículas por unidad de masa. Está determinada por el tamaño de la partículaCarga eléctrica: Los coloides del suelo pueden poseer dos tipos de carga: permanente o variable, que se genera mediante diferentes mecanismos.
Carga permanente: es aquella carga que posee el coloide, independientemente, de la condiciones del medio en que se encuentre, ya que dicha carga se debe a su estructura interna (cristalina).
Carga variable: Este tipo de carga es la que se desarrolla en el coloide cuando cambian las condiciones del medio en el cual se encuentra,
Punto cero de carga (zpc): Se denomina al pH en el que son iguales a las cargas positivas y negativas del coloide.
Intercambio iónico: Se define el intercambio iónico como los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mimo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose en equilibrio entre ambas fases
Características de intercambio iónico: comocaracterísticas del proceso de intercambio iónico destacaremos que la reacción es: rápida, reversible y estequiométrica.- Es rápida, controlada por la velocidad de difusión del ión en el seno de la dilución. Además la superficie presenta cierta selectividad o cierta predilección por algunos iones. - La reacción es reversible porque si se añade una sal soluble (catión - anión) a la disolución del suelo, el catión añadido va a reemplazar completamente o en parte los cationes que estaban adsorbidos en la superficie La reacción es estequiométrica, esto quiere decir que cualquier ión de abandona la superficie del coloide, debe ser reemplazado por una cantidad equivalente de carga.
La capacidad de intercambio catiónico: Se puede definir como la cantidad de cationes iones con carga positiva absorvidos reversiblemente en la superficie de los coloides del suelo, debido a la existencia en ellos de cargas negativas (permanentes o variables) que tiene que ser neutralizadas.
La capacidad de intercambio aniónico: Se refiere a la cantid es capaz de retener de una for rma reversible. Dichos aniones están compensando cargas positivas que se encuentran en la superficie de las partículas coloidales del suelo.
Factores que influyen en la capacidad de cambio de cationes: a)Características de los coloides b) pH c)- Afinidad de los cationes d)- Concentración de la solución del suelo e) saturacion del complejo de cambio
La importancia de los componentes del suelo CIC: La caolinita: Carece de carga negativa permanente presenta un valor bajo. La illita: presenta sustituciones pero son compensadas por potasio que cierra fuertemente la estructura por lo que suele presentar valores bajos que no suelen superar los 30 cmol(+)Los alofanos varían mucho con el pH pero, en condiciones favorables, pueden alcanzar los 150 cmol(+) kg^-.
pH: Afecta al tipo de carga que presentan los componentes con carga variable del suelo y por tanto a la CIC Cuando se determina la capacidad de intercambio catiónico de la materia a diversos valores de ph se observa un notable incremento de su valor, a medida que aumenta el pH. En el caso de la arcilla solo se produce un ligero incremento, El pH también determina la proporción de cationes ácidos y básicos en el com[lejo del cambio.
Salinizacion: es el proseso de acomulacion de sales en el suelo- Alcalinizacion: consiste en la aparicion en la solución del suelo de concentraciones elevadas de Na2CO3 (y en ocasiones NaCO₃H), que elevan el pH por encima de 9.
Reaccion del suelo PH: La reacción del suelo es un término usado para indicar reacciones ácido - base que ocurren en él. Es, por tanto, una medida de grado de acidificación o alcalinidad de la disolución del suelo y se expresa mediante el pH.
Procesos acidificantes: Procesos naturales:
a)Respiración del suelo :La respiración de los microorganismos y raíces liberan dióxido de carbono (CO₂) el cual se disuelve en la disolución del suelo y da origen a la formación de acido carbonico
b) Humificación :Se refiere a los procesos microbianos que tienen lugar durante la transformacióndelamateriaorgánicadelsuelo.
c) Procesos de oxidación : Se trata de la oxidación de formas reducidas de N y S, sobre todo formas orgánicas
d) Procesos de hidrólisis : En los suelos ácidos algunas posiciones del complejo de cambio aparecen ocupadas por aluminio e hierro, los cuales pasan a la disolución del suelo, dando lugar a diversos procesos de hidrólisis
Procesos de origen antrópico:
a) Deposición atmosférica ácida b) Oxidación de sulfuros metálicos c) Incorporación al suelo de aniones móviles d) Aplicación de fertilizantes nitrogenados
Procesos alcaninizantes: Procesos de reducción
Resumen de los efectos que puede tener el pH del suelo sobre los nutrientes y otras propiedades:
- pH3+, carencia de bases como Ca²⁺ y K⁺ y de algunos otros nutrientes. Escasa actividad microbiológica.
- pH entre 5.5 y 6.5. Ligeramente ácido, máxima disponibilidad de nutrientes.
- pH entre 6.5 y 7.3. Suelo neutro.
- pH entre 7.3 y 8.4. Suelo básico, riesgo de clorosis férrica debido a la baja solubilidad del Fe cuando existen elevadas cantidades de carbonato cálcico, deficiencia en algunos nutrientes al bloquearse su absorción por las elevadas concentraciones de calcio.
- pH >8.4. Suelo alcalino. Posibles problemas de toxicidad, aumentan las carencias de algunos nutrientes, posibilidad de que se origine una estructura desfavorable del suelo.
Procesos de oxidación - reducción: Una buena parte de las reacciones que ocurren en la naturaleza son de oxidación - reducción. Quiere decir esto que hay un intercambio de electrones entre las sustancias que entran a formar parte de la misma. Los procesos de oxidación - reducción son de gran interés porque afectan de manera directa a casi todos los macro (C, N, S) y micronutrientes