UNIVERSIDAD AUTONOMA AGRARIA ANTONIO NARRODIVISION DE INGENIERIA. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICASCURSO DE QUIMICA CSB 403PARTE I.- LOS ELEMENTOS ESCENCIALES PARA LAS PLANTASGUSTAVO VILLARREAL MAURYJUNIO- DIC 2013

CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS NUTRITIVOSActualmente se admite que las plantas superiores pueden contener hasta 60 elementos, de los cuales 16 de ellos (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn y Cl) son considerados esenciales para su normal desarrollo mientras que otros 4 (Na, Si, Co y V) son considerados solo esenciales para algunas de ellas Todos estos elementos desempeñan funciones muy importantes en las plantas, y cuando están presentes en cantidades insuficientes, pueden producirse graves alteraciones y reducirse notablemente el crecimiento de las mismas.

MACRONUTRIENTES: Elementos primarios (N, P y K) y secundarios (Ca, Mg y S).Los macronutrientes son los elementos necesarios en cantidades relativamente abundantes para asegurar el crecimiento y la supervivencia de las plantas. La presencia de una cantidad suficiente de elementos nutritivos en el suelo no garantiza por sí misma la correcta nutrición de las plantas, pues estos elementos han de encontrarse en formas moleculares que permitan su asimilabilidad por la vegetación. En síntesis, se puede decir que una cantidad suficiente y una adecuada disponibilidad son fundamentales para el correcto desarrollo de la vegetación.

Nitrógeno (N).Los procesos de combinación del N con otro elemento reciben el nombre de fijación del nitrógeno y se realizan, en la naturaleza, gracias a la acción de ciertos microorganismos y a las descargas eléctricas que tienen lugar en la atmósfera. Sin embargo, la cantidad de N fijado suele ser pequeña en comparación con la que las plantas podrían utilizar. Cerca del 99% del N combinado en el suelo, se halla contenido en la materia orgánica. El N orgánico, incluido en moléculas grandes y complejas, sería inaccesible a los vegetales superiores si no fuera, previamente, liberado por los microorganismos. La actividad microbiana descompone, gradualmente, los materiales orgánicos complejos en iones inorgánicos simples, que pueden ser utilizados por las plantas. La rapidez con que, potencialmente, los cultivos serían capaces de utilizar el N, suele exceder a la rapidez con que éste es liberado. En consecuencia, la cantidad de N disponible en el suelo suele ser relativamente muy pequeña.

NitrógenoEl nitrógeno es un elemento químico, de número atómico 7, símbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatómico que constituye del orden del 78% del aire atmosférico. Símbolo: NConfiguración electrónica: 1s2 2s2 2p3Número atómico: 7Punto de ebullición: -195,8 °CMasa atómica: 14,0067 ± 0,0001 uDescubridor: Daniel Rutherford

Amonio

Nitrito

nitrato

la nitrificación del N de los fertilizantes nitrogenados que contienen amonio (NH4+) puede generar acidez en el suelo debido a la liberación de iones hidrógeno (H+).

Fósforo (P). Su nombre deriva de las palabras griegas phos (luz) y phorus (portador); el fósforo es el portador de luz.A diferencia del N, que puede incorporarse a los suelos por medio de la fijación bioquímica por microorganismos, el P no posee tal ayuda microbiana dado que procede únicamente de la descomposición de la roca madre que tiene lugar durante el proceso de meteorización. La cantidad de P total del suelo, expresada como P2O5, en raras ocasiones sobrepasa el 0,50% y puede clasificarse, como inorgánico y orgánico. El P inorgánico es suministrado por la meteorización de minerales como el apatito Ca5(PO4)3F y en menor proporción puede formar parte de la cadena de silicatos donde sustituye al silicio, o encontrarse en minerales neoformados. El P orgánico es de gran importancia para la fertilidad del suelo debido a que determinados compuestos orgánicos son una fuente indirecta de formas solubles. El humus y otros tipos de materia orgánica no humificada son la principal fuente de P orgánico en el suelo.

Sustancia NombreH3PO4 ácido fosfóricoH2PO4

- anión fosfato di ácidoHPO4

2- anión fosfato mono ácidoPO4

3- anión fosfato

Potasio (K).El K es, tal vez, el elemento mineral que se encuentra en mayor proporción en las plantas y es relativamente frecuente en las rocas. Con independencia del K que se añade como componente de diversos fertilizantes, el K presente en los suelos procede de la desintegración y descomposición de las rocas que contienen minerales potásicos. Junto a este K mineral debe incluirse el procedente de la descomposición de restos vegetales y animales. A diferencia del P, el K se halla en la mayoría de los suelos en cantidades relativamente grandes. En general, su contenido como K2O oscila entre 0,20-3,30% y depende de la textura. En suelos sódicos, varía entre 2,50-6,70%. La fracción arcillosa es la que presenta un mayor contenido de K, por lo que los suelos arcillosos y limo-arcillosos son más ricos que los limo-arenosos y arenosos, teniendo en cuenta también que la variación en el contenido de K está influenciada por la intensidad de las pérdidas debidas a la extracción por los cultivos, lixiviación y erosión.

Elementos secundarios.Las cantidades de estos elementos presentes en el suelo suelen cubrir las necesidades de los cultivos, por lo que, en general, no es preciso realizar aportes de ningún tipo al suelo. Este grupo de elementos comprende Ca, Mg y S.Calcio (Ca).El Ca presente en el suelo, aparte del añadido como fertilizante o enmienda, procede de las rocas y de los minerales del suelo, y su contenido total puede variar ampliamente. En los suelos considerados no calizos oscila entre el 0,10 y 0,20%, mientras que en los calizos puede alcanzar hasta un 25%. De forma general, se puede decir que el Ca proviene de la meteorización de los minerales. Estos materiales son tan comunes que la mayoría de los suelos contienen suficiente Ca para cubrir gran parte de las necesidades de la planta.El Calcio tiene un efecto moderador de los efectos de salinidad y especialmente del sodio en el suelo y en la planta

Magnesio (Mg).El Mg es un elemento químicamente muy activo pero que no aparece por sí solo como elemento libre en la naturaleza sino que se encuentra distribuido en forma mineral. Según diversas estimaciones su contenido medio en la corteza terrestre puede situarse en torno a un 2,30% mientras que en el suelo se aproxima a un 0,50%.

PAPEL DEL AZUFRE EN LAS PLANTASA diferencia del Ca y el Mg que son absorbidos por las plantas como cationes, el S es absorbidoprincipalmente como anión sulfato (SO4

=). También puede entrar por las hojas como dióxido de azufre (SO2) presente en al aire. El S es parte de cada célula viviente y forma parte de 2 de los 21 amino ácidos que forman las proteínas. Ayuda a desarrollar enzimas y vitaminas Promueve la nodulación en las leguminosas Es necesario en la formación de clorofila a pesarde no ser un constituyente de este compuesto . Está presente en varios compuestos orgánicos que dan el olor característico al ajo, la mostaza y la cebolla

Pruebas de laboratorio con animales de prueba han indicado que el azufre puede causar graves daños vasculares en las venas del cerebro, corazón y riñones.

MICRONUTRIENTESReciben el nombre de micronutrientes, aquellos elementos indispensables para que las plantas puedan completar su ciclo vital, aunque las cantidades necesarias de ellos sean muy pequeñas. El contenido total de micronutrientes en el suelo es función del material de partida y de los procesos edafológicos. Aquellos elementos cuya concentración total en el suelo es normalmente inferior a 1000 mg/kg son llamados elementos traza. Dentro de este grupo podemos incluir a los micronutrientes (Cu, Mn y Zn), imprescindibles para las plantas y para los animales en baja concentración, pero que pueden volverse tóxicos al alcanzar determinados niveles. La excepción entre ellos está en el Fe, que es un micronutriente pero no estrictamente un elemento traza.

Hierro (Fe).A pesar de su abundancia en suelos y rocas, es uno de los micronutrientes más deficiente. El Fe es el cuarto elemento más abundante en la corteza continental después del O, Si y Al, constituyendo alrededor del 15% en peso de la corteza terrestre. Es, con diferencia, el microelemento más abundante en los suelos, ya sea como constituyente mineral o bien bajo la forma de óxidos e hidróxidos. No obstante, en suelos con horizontes enriquecidos en materia orgánica, el Fe aparece principalmente en forma de quelatos. Su contenido en los suelos templados suele variar entre el 1 y 5%. En casos aislados, pueden hallarse valores cercanos al 10%. En el suelo, el contenido de Fe fluctúa en el rango de 0,20 al 5%, en un orden de magnitud similar al de la roca subyacente.

Los estados de oxidación más comunes para el Hierro son +2 y +3.Para la formulación de los fertilizantes se usan mezclas de sales u otros compuestos de los diferentes elementos que quieren incorporarse, siendo muy común el uso de:Nitrógeno en forma de nitratos (especialmente el nitrato de amonio) y urea.El fósforo en forma de fosfatos de metales o amónico.El potasio en forma de fosfatos o nitratos de potasio.El boro en forma de ácido bórico.El resto de los micro-elementos como sulfatos.

EL COBRE (Cu) es un micronutriente. . Sin Cu, no habría fotosíntesis ya que este nutriente es necesario para la formación de clorofila el material que le da su color verde a las plantas y que les permite absorber la luz solar utilizada durante la fotosíntesis. El Cu es retenido por la materia orgánica con mayor fuerza que cualquier otro micronutriente.Sulfato de cobre es una sustancia iónica. Esto sugiere que es fácilmente soluble en agua para producir iones de cobre y sulfato. Esta propiedad es importante en la industria de los fertilizantes. Sulfato de cobre se emplea para tratar la insuficiencia de cobre en el suelo. El cobre es un elemento crucial en crecimiento de las plantas, aunque puede ser tóxico en grandes concentraciones. El cobre se encuentra en una variedad muy de proteínas y enzimas de plantas que activan los procesos bioquímicos que en ellos. Estudios agrícolas muestran que las enzimas son necesarias para el crecimiento de plantas y la reproducción. La formación de semillas y la clorofila dependen de la presencia de cobre en las plantas.

El manganeso en la planta- El manganeso (Mn) no forma parte de la clorofila, pero es necesario para su formación.- Actúa como catalizador en numerosos procesos enzimáticos- Se absorbe bajo la forma de Mn2+.En un medio con un pH superior a 5´5, el manganeso asimilable se oxida y pasa a forma inasimilable; a su vez, en un medio ácido, o pobre en oxigeno, las formas oxidadas se reducen y pasan a asimilables. Aportaciones de manganeso.Para corregir la deficiencia de este elemento se emplea sulfato o quelato de manganeso que se aplica sobre el suelo o en pulverizaciones foliares. El preferible la pulverización foliar porque el sulfato de manganeso aplicado al suelo se oxida muy pronto y pasa a formas no asimilables.

MANGANESO quelatado en aminoácidos para aplicación foliar y al suelo.

El Zinc (Zn) fue uno de los primeros micronutrientes o elementos menores reconocido y aceptado como esencial para los cultivos. El Zinc tiene varias funciones dentro de las plantas. Es importante en la producción de hormonas que regulan el crecimiento y además es esencial en varias reacciones del metabolismo de los cultivos. Es necesario en la producción de la clorofila y los carbohidratos. No es móvil dentro de la planta, por lo que los síntomas de deficiencias aparecen primero en las hojas más nuevas. La disponibilidad de Zinc y Fósforo en el suelo es incrementada por la presencia de ciertos hongos conocidos como Micorrizas, los cuales forman una relación simbiótica con las raíces de los cultivos.Fórmula Química : ZnSO4 * 7H2O Sinónimo : Vitriolo blanco, vitriolo de zinc Estructura : Finos cristales blancos Solubilidad : 100% soluble en agua (540 g/l a 20º C) El Zn es un elemento ampliamente distribuido que se pequeñas, pero suficientes, en la mayoría de los suelos y plantas. la eliminación de la parte superficial del suelo, por ejemplo, por erosión o por nivelación del mismo, pueda ocasionar la deficiencia de Zn en los suelos con escaso contenido de este elemento.

El cloro en la planta - La función del cloro en la planta no es bien conocida, aunque se considera esencial.- Se absorbe bajo la forma de ión cloruro Cl-, que presenta gran movilidad dentro de la planta, emigrando fácilmente hacia las partes de mayor actividad fisiológica. El cloro en el suelo - El cloro se encuentra en el suelo bajo la forma de cloruro, y en muy pequeña cantidad formando parte de compuestos orgánicos.- Bajo la forma de cloruro, la cantidad presente en el suele puede variar muchísimo, dependiendo, sobre todo de las cantidades de NaCl, CaCl2 y MgCl2 presentes. El cloro no se aplica como fertilizante directo, porque los residuos vegetales suelen bastar para cubrir las necesidades de los cultivos.Los cloruros amónico y de potasio, utilizados como fuente de otros elementos, aportan cantidades apreciables de cloro.

El sodio (Na) en el suelo•El sodio se encuentra en el suelo en estado combinado y principalmente en forma de sales.•Regiones con clima húmedo y semihúmedo presentan bajo contenido de sodio,. •Por el contrario en regiones áridas y semiáridas se presenta a menudo acumulación de Na+ en la superficie de los suelos, debido a que el incremento de la evaporación conduce el agua del nivel freático hacia la superficie. Las arcillas saturadas en Na+ tienen como propiedad particular que en presencia de agua de lluvia y con CO2 disuelto se hidrolizan liberando Na+ y OH- que rápidamente alcalinizan el medio alcanzándose valores de pH 9, 10 o incluso más. El significado para la planta•Las plantas se dividen en natrofílicas y natrofóbicas de acuerdo a su tolerancia al Na+.•El sodio es móvil dentro de la planta y comparado con otros nutrientes como el potasio y el magnesio tiene un significado secundario dentro de la nutrición de la planta.•Regula la presión osmótica a nivel celular el cual conduce a un eficiente uso del agua.•El ion Na puede activar parcialmente enzimas (ADP-glucosapirofosforilasa) dentro del metabolismo de la planta (síntesis del almidón) que también pueden ser activadas por iones K. El significado para los animales•Como activador de enzimas ATP-asas en los animales, un adecuado suministro de sodio es importante para la capacidad de mantener eficiente la producción del animal. •Fertilizantes que contienen sodio, como la Magnesia-Kainit, incrementan claramente los contenidos de sodio de las pasturas y garantizan el suministro de sodio que requieren los animales para alcanzar un alto rendimiento.•Investigaciones y ensayos muestran, que además del incremento del suministro de sodio, desde el punto de vista de la nutrición no solo la palatabilidad de las pasturas es incrementada sino que se logro un aumento del 10% del consumo de MS de la ración básica.

Los tres elementos: aluminio, silicio y oxígeno, son los componentes fundamentales de la corteza terrestre, a base de Los cuales se forman, en la capa rocosa exterior de la Tierra, numerosos y variadísimos minerales. El silicio tiene el símbolo químico convencional Si. Es, después del oxígeno, el elemento más difundido en la naturaleza. No se encuentra jamás en estado libre, sino que siempre forma la combinación con el oxígeno: SiO2, que se denomina sílice, ácido silícico o bien óxido de silicio.

Las plantas asimilan la sílice con el agua y sus tallos adquieren dureza y solidez., los animales emplean la sílice para formar su esqueleto

Adicionalmente, con la acción de agentes abióticos, temperatura, lluvia (agua) y el CO2 disuelto en el agua en la forma de ácido carbónico (H2CO3/CO2), actúan sobre los minerales arcillosos y liberan el ácido silícico a una concentración de 1 a 50 mg/kg, al mismo tiempo liberan elementos minerales, formándose silicatos de calcio, magnesio, potasio, zinc, hierro, incrementando grandemente la capacidad de intercambio catiónico de los suelos y el pH del suelo se torna básico, en niveles de 7.5 a 8.5. En estas condiciones de pH y capacidad de intercambio catiónico los suelos son altamente productivos. En estos suelos se encuentran de 100 a 200 mg/kg de estas formas de silicio soluble.ÁCIDO ORTOSILICICO, MOLECULA, PIEDRA ANGULAR DE LA AGRICULTURA

El silicio se encuentra presente en los tejidos de la planta en cuatro formas, que son la mineral, orgánica, polimérica y cristalina.

COBALTO (Co)En la naturaleza existen dos estados de oxidación: Co2+ y Co3+, pero puede mostrar niveles de oxidación desde —1 hasta +4. Este metal puede ser un contaminante en suelos, originado por aditivos empleados en la agricultura o por las refinerías de metales y en concentraciones altas puede causar toxicidades.El contenido de Cobalto en suelos es bajo, variando entre 0.2 y 31 mg Co kg-1 de suelo. En plantas, la concentración de este elemento es del orden de 0.01 a 0.4 μg Co g-1 de peso seco.El Cobalto no está clasificado como un nutrimento esencial para las plantas; sin embargo, se describe de manera frecuente como benéfico. Su efecto positivo en la fijación de nitrógeno en leguminosas y en los nódulos radicales de no leguminosas ha sido ampliamente demostrado.La presencia de Cobalto en plantas es muy importante para la alimentación animal, pues, como se ha comentado, es un componente de la vitamina B12, esencial en el metabolismo nitrogenado de los rumiantes, pudiendo provocar su deficiencia falta de apetito, adelgazamiento, anemia, etc.

Fertilizante líquido, conteniendo Cobalto quelatizado y molibdeno en forma soluble. Producto destinado tanto a semilla como a aplicación foliar en leguminosas.

Tanto las plantas como los animales incorporan vanadio como oligoelemento esencial a sus organismos. Se estima que en el ser humano la ingesta diaria, a través de la alimentación, es de 100 mg. La mayor parte del vanadio ingerido es excretado sin ser resorbido.Símbolo químico/Fórmula empírica: V V2O5 Óxido de vanadio(V), divanadio pentóxido,  ácido anhidrido de vanadio,  anhidrido de vanadio.•Se encuentran en la corteza terrestre y en rocas , en forma de mineral blanco-grisáceo (lugar 22 entre los elementos más abundantes con una presencia de 0.014 a 0.02 %).•En el petróleo crudo de México, el contenido es de 243μg/g.•En carbón, el contenido promedio es de 30 ppm en peso•En cenizas u hollín se pueden encontrar de 600 a 700μg/g.•En la industria agrícola se emplea en la elaboración de fungicidas e insecticidas y como micronutriente en fertilizantes.