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Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante
Elementi essenziali ed elementi utili
Secondo Arnon e Stout (1939) un nutriente è essenziale:
- se la sua assenza non consente alla pianta di completare il suo ciclo vegetativo, causando crescita anormale o morte prematura
- se le sue specifiche funzioni non possono essere sostituite da nessun altro elemento
- se svolge un ruolo unico e diretto nel metabolismo della pianta
Un nutriente è utile se può:
- compensare gli effetti tossici di altri elementi
- sostituire un nutriente essenziale in alcune funzioni metaboliche non specifiche
Gli elementi della nutrizione delle piante
Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante
Gli organismi viventi si comportano come sistemi altamente selettivi che concentrano al loro interno gli elementi della nutrizione minerale prelevandoli dall'ambiente circostante (aria e suolo).
Litosfera Cellula vegetale
-------------------- % (p/p) ---------------------
Ossigeno (O) 46.7 Carbonio (C) 45
Silicio (Si) 27.7 Ossigeno (O) 45
Alluminio (Al) 8.1 Idrogeno (H) 6
Ferro (Fe) 5.1 Azoto (N) 1.5
Calcio (Ca) 3.7 Potassio (K) 1.0
Sodio (Na) 2.8 Calcio (Ca) 0.5
Potassio (K) 2.6 Magnesio (Mg) 0.2
Magnesio (Mg) 2.1 Fosforo (P) 0.2
Altri 1.2 Zolfo (S) 0.1
Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante
Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante
Relative numbers of atoms of the essential elements in alfalfa at bloom stage, expressed
logarithmically. Note that there are more than 10 million hydrogen atoms for each molybdenum
atom. Even so, normal plant growth would not occur without molybdenum.
[Modified from Viets (1965)]
Gli elementi in traccia
Le specie chimiche normalmente presenti nei tessuti vegetali ad una concentrazione molto bassa (tra lo 0.01 e meno dello 0.001%) vengono definite elementi in traccia.
Gli elementi in traccia
Come per molti micronutrienti, la soglia di sufficienza è prossima alla soglia di tossicità.
Gli elementi della nutrizione minerale delle piante NUTRIENTE FUNZIONE
Carbonio Componente dell'organizzazione molecolare di carboidrati, proteine, lipidi e acidi
nucleici.
Ossigeno Come il carbonio è presente in tutti i composti organici delle entità biotiche.
Idrogeno
Azoto E' parte integrante di molti composti organici essenziali per la vita delle piante quali
proteine, acidi nucleici, ormoni, clorofilla, vitamine ed enzimi.
Fosforo Ha un ruolo primario nei meccanismi di trasferimento dell'energia. E' necessario per la
germinazione dei semi, per la fotosintesi, per la formazione delle proteine e per quasi
tutti i processi di crescita e metabolici della pianta.
Potassio Necessario per la sintesi dei carboidrati. Partecipa ai meccanismi di regolazione
osmotica e ionica. E' indispensabile per il mantenimento della conformazione attiva di
molti sistemi enzimatici. E' coinvolto nella traslocazione dei prodotti della fotosintesi.
Calcio E' indispensabile per la divisione e la distensione cellulare. Per la sua capacità di legarsi
agli acidi poligalatturonici (pectine) gioca un ruolo fondamentale nel mantenimento
dell'integrità delle membrane cellulari.
Magnesio Entra nella struttura molecolare della clorofilla. Attiva numerosi sistemi enzimatici; ed
in particolare quelli legati al metabolismo del fosforo. Agisce sulla nutrizione azotata,
favorendo la sintesi delle proteine.
Zolfo Elemento strutturale di amminoacidi, proteine e vitamine. Come il fosforo può essere
coinvolto negli scambi di energia nelle cellule vegetali.
Sodio E' coinvolto nella regolazione del tono osmotico e del bilancio ionico delle cellule.
Svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo vegetale. E' importante nel definire il
bilancio ionico e come principale agente dei processi di riduzione. E' fondamentale
nelle relazioni energetiche cellulari.
Gli elementi della nutrizione minerale delle piante NUTRIENTE FUNZIONE
Ferro Cofattore enzimatico, partecipa alla sintesi della clorofilla nei cloroplasti. Regola i
meccanismi di crescita delle giovani piante.
Manganese Cofattore enzimatico nei processi di fotosintesi, respirazione e metabolismo
dell'azoto. Interviene nella biosintesi di alcuni complessi vitaminici e delle auxine.
Zinco
Rame Si ritrova nel sito attivo di numerosissimi enzimi. E' coinvolto nei processi di
ossidoriduzione, ed in particolare nel trasporto degli elettroni e nella fotosintesi.
Boro E' necessario per la formazione delle pareti cellulari, per l'integrità delle membrane
biologiche e per l'assorbimento del calcio. Può favorire la traslocazione degli zuccheri
e degli ormoni. Controlla i processi di fioritura, di germinazione del polline, di
fruttificazione e di distensione cellulare. Influenza la nodulazione delle leguminose.
Molibdeno Cofattore enzimatico nei sistemi di ossidoriduzione dell'azoto.
Cloro Interviene nella fotolisi dell'acqua. Contribuisce a mantenere l'equilibrio
elettrochimico delle cellule. In alcune piante agisce come controione del potassio nel
processo di regolazione dell'apertura stomatica.
Silicio Elemento utile per molte piante. Partecipa all'organizzazione strutturale delle pareti
cellulari. Nelle piante di riso incrementa la resistenza alle infezioni fungine.
Cobalto Essenziale nel processo di fissazione di azoto da parte delle Leguminose.
Nichel Favorisce l'assorbimento del ferro e la germinazione dei semi.
Vanadio Può sostituire il Mo nella fissazione biologica di azoto
Cofattore enzimatico. E' essenziale per il metabolismo dei carboidrati, per la sintesi
delle proteine e per l'allungamento degli internodi negli steli.
Gli elementi essenziali e le forme chimiche della nutrizione minerale delle piante
I nutrienti minerali si trovano nel suolo in forma libera, adsorbita e combinata
Processi di natura chimica, chimico-fisica e biologica ne modulano la disponibilità, cioè la loro concentrazione nella fase liquida.
Dinamica dei nutrienti nel suolo
Il nutriente è allontanato dalla fase liquida, viene dinamicamente reintegrato in virtù dell’equilibrio che si stabilisce tra frazioni (pool) caratterizzate da diverso grado di disponibilità.
I pool comprendono i nutrienti:
immediatamente disponibili, se presenti come ioni, molecole e chelati in soluzione (frazione solubile)
facilmente disponibili in tempo breve, se adsorbiti sulle superfici degli scambiatori (frazione scambiabile)
lentamente disponibili, se combinati in forme minerali ed organiche poco complesse o adsorbiti in posizioni poco accessibili (frazione lentamente disponibile)
molto lentamente disponibili, se coinvolti nella struttura di composti molto resistenti all’alterazione e alla mineralizzazione (frazione riserva).
Dinamica dei nutrienti nel suolo
Il pool dei nutrienti presenti in forma solubile nella fase liquida del suolo è generalmente poco elevata e varia in funzione delle contenuto di acqua, le caratteristiche fisico-chimiche del suolo, la quantità di humus, l’attività microbica.
La reintegrazione del nutriente è legata allo stabilirsi di equilibri dinamici tra le frazioni (pool).
µM
Il ciclo dei nutrienti nel sistema suolo-pianta
Asportazioni colturali
Quantità di elementi mediamente asportate dal suolo da alcune colture agrarie
Perdita di nutrienti per lisciviazione
Perdita di nutrienti per lisciviazione
Perdita di nutrienti per volatilizzazione
Perdita di nutrienti per erosione
Apporti per alterazione dei costituenti inorganici
Il rilascio di forme solubili di alcuni nutrienti (in particolare K, Ca, Mg, Na, S, B) è correlato all’azione dei fattori di pedogenesi operanti di un determinato sito.
Apporti di nutrienti per mineralizzazione della SOM
Il rilascio di forme solubili di alcuni nutrienti (in particolare N, S, P e micronutrienti) è correlato all’azione dei fattori pedoclimatici che controllano il processo di mineralizzazione della sostanza organica del suolo.
Apporti di nutrienti per azotofissazione biologica
Rappresenta quantitativamente il principale processo di trasferimento dell’azoto dall’atmosfera alla biosfera.
Apporti di nutrienti per azotofissazione biologica
Indagini con 15N hanno confermato che solo il 2-3% dell’N fissato biologicamente può essere rilasciato per mineralizzazione del residuo organico nello stessa annata agraria. Nelle leguminose, la mineralizzazione del residuo assicura alle colture in successione un apporto di forme inorganiche di N pari, in regioni temperate umide, a circa 60-80 kg N ha-1.
Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche
La quantità di nutrienti che raggiunge il suolo con le precipitazioni è molto variabile (distanza dal mare, presenza di centri abitati e insediamenti industriali, vulcani) e raramente è sufficiente a soddisfare l’intero fabbisogno nutrizionale della coltura, ma può assicurare apporti significativi di alcuni elementi.
Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche
Dai dati della stazione campana è evidente il contributo legato alla presenza del vulcano e del mare.
Apporti di nutrienti con le concimazioni
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