¨Elementos Químicos Esenciales Para Las Plantas¨ 

Los conocimientos actuales acerca de los organismos vegetales permiten asegurar que casi la totalidad de los mismos se componen únicamente de tres elementos fundamentales, que son C, H Y O. Las plantasd obtienen tanto carbono como el oxígeno directamente del aire por fotosíntesis mientras que el hidrógeno procede directa o indirectamente del agua del suelo. Las plantas, no obstante, son incapaces de vivir solamente a base de aire y agua, necesitando elementos químicos que, por lo general, les son proporcionados a expensas de las sustancias minerales del suelo. Es interesante señalar que estos elementos, que las plantas obtienen del suelo, son los que comúnmente limitan el desarrollo de los cultivos. El crecimiento de las plantas, salvo circunstancias excepcionales, como pueden ser sequía, bajas temperaturas, suelos anómalos o enfermedades, no se altera seriamente por una deficiencia de C, H y O. Esto justifica la importancia de los nutrientes del suelo y de los elementos que contienen.

1)Criterios de esenciabilidad:

Estos criterios de esenciabilidad fueron establecidos por Arnon y Stout en 1939 y, son enumerados a continuación:

1. Un elemento no puede considerarse como esencial a menos que su ausencia haga imposible completar las etapas vegetativas o reproductivas de su ciclo vital.
2. La deficiencia ha de ser específica del elemento en cuestión, y sólo puede ser evitada o corregida mediante el suministro de aquél.
3. El elemento ha de estar directamente implicado en la nutrición de la planta, con independencia de sus posibles efectos en la corrección de condiciones desfavorables, químicas o microbiológicas, del medio externo.

Aunque estos criterios han sido aceptados como válidos y plenamente aplicados a todos los seres vivos, algunos investigadores consideran que el segundo criterio no es totalmente correcto. Por ejemplo, se requiere molibdeno para la fijación del N por bacterias del género Azotobacter sp. Sin embargo, en algunas especies de este género el molibdeno puede ser sustituido por el vanadio. Otro ejemplo es el del sodio que no se considera esencial para todas las plantas, pero se ha demostrado en la práctica que su presencia incrementa el rendimiento en numerosos cultivos. Por lo tanto, desde el punto de vista económico, el sodio debería ser considerado un elemento esencial.

2. ABSORCIÓN DE ELEMENTOS NUTRITIVOS POR LAS PLANTAS

Sólo una pequeña parte de cada nutriente presente en el suelo se encuentra disponible para las plantas (2%). El resto (98%) aparece en formas no asimilables por las plantas, es decir, se halla firmemente ligado a la fracción mineral y a la materia orgánica, resultando inaccesible mientras no se vea afectado por los procesos de descomposición. Éstos ocurren lentamente, durante largos períodos, y los nutrientes son liberados de modo gradual.

Foto 1. Las plantas absorben los nutrientes contenidos en el aire y en el suelo a través de las hojas y de las raíces. El CO₂, fuente de carbono y oxígeno, se absorbe a través de los estomas de las hojas, en tanto que los demás nutrientes se absorben generalmente desde la disolución del suelo a través de las raíces.

Las plantas absorben los nutrientes por medio de los numerosos pelos radicales que poseen las raíces jóvenes, las cuales se renuevan continuamente, ya que tienen una vida de unos pocos días. Estos pelos radicales segregan sustancias ácidas que contribuyen a solubilizar compuestos difícilmente solubles, tales como fosfatos y carbonatos. En esta acción de solubilización también interviene el CO₂ producido por la respiración de las raíces.

Los elementos nutritivos que las plantas absorben del suelo proceden de las rocas (salvo en el caso del N, que procede del aire), que al degradarse lentamente se convierten en compuestos solubles. Estos compuestos se disocian en el agua del suelo en iones positivos (cationes) y negativos (aniones), y bajo estas formas son asimilados por las plantas (foto 1). Los iones pueden estar libres en la disolución del suelo o pueden ser adsorbidos por las partículas coloidales del mismo.Los aniones y una pequeña parte de los cationes están contenidos en la disolución del suelo, mientras que la mayoría de los cationes están adsorbidos en el complejo coloidal. Los iones adsorbidos por las partículas coloidales pueden ser absorbidos directamente por las raíces o, más frecuentemente, pasar primero a la solución del suelo, de donde son absorbidos por las raíces. Cuando un ión pasa de la disolución a la planta, otro ión pasa del complejo a la disolución, con el fin de mantener una concentración adecuada de iones.

Por lo general, la cantidad de macronutrientes que necesitan absorber las plantas para poder desarrollar su ciclo de vida es sensiblemente mayor que la de micronutrientes. De este modo, se explica el hecho de que la absorción de macroelementos por las cosechas puede representar una cantidad importante en comparación con las reservas de dichos elementos contenidas en el suelo. Esto demuestra la necesidad de adición de abonos y fertilizantes a la mayor parte de los suelos agrícolas (foto 2).

Foto 2. Sistemas empleados para la aplicación de purines en las explotaciones: (a) aspersión y (b) inyección.

La proporción de macronutrientes extraída por las cosechas puede suponer la práctica totalidad de las existencias en el suelo mientras que en la extracción de micronutrientes del suelo, estas cantidades nunca suponen una proporción tan alta respecto del total sino que, en general, sólo representan un pequeño porcentaje de la cantidad total existente en un suelo. Esto supone que, salvo excepciones, no deberían aparecer deficiencias en cuanto a la nutrición de los cultivos, y sin embargo esto no es así. Hay que tener en cuenta que, por sus características, los microelementos tienen una movilidad, en general, escasa derivada de factores condicionantes por lo que, son poco asimilables por las plantas. Esto, unido a la influencia de las técnicas de cultivo y las características de la especie cultivada, explica la aparición de deficiencias en cultivos sobre suelos de contenidos normales en microelementos.

Son numerosos los factores inherentes al medio (suelo y clima) que influyen sobre el mayor o menor grado de absorción de los nutrientes. Entre estos factores cabe destacar, los siguientes:

1. Textura del suelo.

Los suelos de texturas finas presentan una mayor superficie externa, por lo que los agentes que alteran su estructura tienen una mayor posibilidad de actuación: 1g de arcilla coloidal presenta una superficie externa 1.000 veces mayor que la presentada por la misma cantidad de arena gruesa.

2. pH del suelo.

Para unos determinados valores de pH algunos elementos asimilables se transforman en sus formas no asimilables, debido a que entran a formar parte de los compuestos insolubles. Por ejemplo, el hierro en un medio básico da como resultado un hidróxido insoluble. En otras ocasiones se producen compuestos volátiles, que se pierden ya que escapan a la atmósfera; tal es el caso de los fertilizantes amónicos, que en suelos básicos producen amoníaco, una parte del cual se pierde en la atmósfera cuando la aportación del fertilizante se hace en la superficie del suelo.

3. Interacciones entre iones.

En algunas ocasiones se producen interacciones entre dos iones, que dificultan o facilitan la absorción de uno de ellos. Se produce antagonismo cuando uno de los iones tiende a inhibir la absorción del otro, especialmente cuando aumenta la concentración de uno de ellos. Es el caso, por ejemplo, del antagonismo potasio-magnesio, en donde la mayor concentración de potasio ocasiona una deficiente asimilación de magnesio. El sinergismo se produce cuando uno de los iones favorece la absorción del otro, como ocurre, por ejemplo, con el nitrógeno y el potasio.

4. Clima.

Los factores que más influyen sobre la absorción son la temperatura y la humedad. A medida que aumenta la temperatura se incrementa la absorción, debido a una mayor actividad bioquímica, hasta llegar a un nivel óptimo por encima del cual decrece progresivamente hasta paralizarse. Con bajas temperaturas ocurre lo contrario dado que se ve dificultada la actividad bioquímica y se produce una disminución de la solubilidad en el suelo. De modo semejante, ocurre que a medida que aumenta la humedad se produce un incremento en la absorción de nutrientes.

3. CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS NUTRITIVOS

Actualmente 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 (figura 1). 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.

De los 16 elementos esenciales, los 3 primeros son suministrados mayoritariamente por el aire y el agua, mientras que los 13 restantes son aportados por el suelo. Estos elementos nutritivos suministrados por el suelo se pueden clasificar en macro- y microelementos, dependiendo de si las plantas necesitan absorber cantidades relativamente grandes o pequeñas de ellos. Como macroelementos cabe destacar el N, P, K, Ca, Mg y S y como microelementos, elementos traza u oligoelementos esenciales para las plantas se encuentran el Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, y Cl.

Figura 1. Clasificación de los elementos químicos en función de su total o parcial esenciabilidad para las plantas (Navarro García y Navarro Blaya, 2000).

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.

Dentro de éstos, se puede distinguir entre elementos primarios (N, P y K) y elementos secundarios (Ca, Mg y S).

1. Elementos primarios.

En la mayoría de los cultivos, las necesidades de las plantas son superiores a las reservas existentes en forma asimilable de los elementos en el suelo, por lo que es necesario realizar aportes de los mismos mediante el uso de abono y sustancias fertilizantes. Se considera que los elementos primarios son N, P y K.

- 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.

- Fósforo (P) .

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.

- 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.

2. 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.

- 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%.

MICRONUTRIENTES

Reciben 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.

- Cobre (Cu).

El Cu es uno de los elementos esenciales más importantes tanto para las plantas como para los animales; sin embargo, cantidades excesivas de éste pueden producir efectos tóxicos. Entre los diferentes tipos de rocas ígneas, el Cu prevalece en los basaltos. En las rocas sedimentarias es más abundante en los esquistos. En general, su abundancia en las rocas basálticas es más alta que en las graníticas, y muy baja en las rocas carbonatadas.

-Manganeso (Mn).

El Mn presente en los suelos es originado principalmente por la descomposición de las rocas ferromagnésicas. Es un microelemento similar al Fe, tanto en su química como en su geología y muy abundante en la litosfera. En las rocas, el contenido de Mn varía entre 350 y 2000 mg/kg. El contenido en el suelo muestra variaciones considerables, pero normalmente fluctúa entre 20 y 800 mg/kg. No obstante, y al igual que en el caso del Fe, estos contenidos totales no pueden considerarse como una indicación de su disponibilidad para las plantas ya que existen muchos factores que afectan a su absorción.

- Cinc (Zn).

El Zn es un elemento ampliamente distribuido que se halla en cantidades pequeñas, pero suficientes, en la mayoría de los suelos y plantas. La cantidad de Zn que se puede encontrar en un suelo depende directamente de la naturaleza de la roca madre. Hay, no obstante, un aspecto importante que es necesario resaltar en relación con el Zn útil en los suelos y es que la parte superficial de muchos de ellos, que corresponde con los horizontes superiores, contienen siempre más Zn que los horizontes inferiores. Se cree que este hecho se debe por una parte a que los residuos de las plantas, al quedar depositados en la superficie del suelo, proporcionan tras su descomposición, cierta cantidad del elemento; por otra, el Zn no presenta una emigración descendente en el perfil, como ocurre con otros elementos, ya que tiende a quedar adsorbido por las arcillas y la materia orgánica (foto 3).

Foto 3. Es explicable, entonces, que 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.

4. CONCLUSIONES

El agua y los elementos nutritivos disueltos, que normalmente se absorben por las raíces, pueden también ser absorbidos por las hojas. Las aplicaciones foliares son efectivas especialmente cuando la planta necesita algunos nutrientes de una forma inmediata, tales como: Fe, Zn, Mn, Cu y Mo. Cuando el suelo contiene una cantidad excesiva de elementos esenciales en forma asimilable por las plantas, el normal desarrollo de éstas puede verse seriamente afectado. Por lo general, no suele haber problemas en este sentido con los macroelementos, pero sí que puede haberlos con algunos microelementos, en donde existe un estrecho margen entre los niveles óptimo y tóxico.