Introducción a la solución nutritiva2020Autores: Mónica Flores, Elizabeth González y Víctor Escalona

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Figura 1: Nutrientes en un cultivo en suelo (Campbell y Reece, 2007).

Pelo radical

H2O+CO2 H2CO3 HCO3-+

Particula de suelo

Espacio de aire

Particula de suelo rodeada de una capa de agua

Pelo radicalAgua disponible

para la planta

Nutrientes esencialesSegún Arnon y Stout (1939), para que un

elemento mineral sea esencial debe cumplir con las 3 siguientes características.

1. La planta no es capaz de completar su ciclo de vida en ausencia del elemento. Por lo tanto, es imprescindible.

2. La función del elemento no puede ser reemplazada por otro elemento mineral. Por lo que es insustituible.

3. El elemento debe estar directamente involucrado en el metabolismo de la planta por lo que es específico.

Se ha incluido una cuarta característica que tiene relación con los efectos de la carencia de este elemento en la planta. Si el elemento mineral falta, provoca anomalías en el crecimiento, desarrollo o en la reproducción de la planta.

De acuerdo con lo anterior, los elementos minerales esenciales son 14 y se dividen en 2 grandes grupos, dependiendo de la cantidad en que son requeridos por la planta. El primer grupo corresponde a los macronutrientes, los cuales se necesitan en grandes cantidades. Este grupo está conformado por Nitrógeno (N), Potasio (K), Fósforo (P), Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Azufre (S). El segundo grupo lo conforman los elementos minerales que, a pesar de ser esenciales, se necesitan en pequeñas cantidades, por lo que se les denomina micronutrientes y está conformado por Boro (B), Cloro (Cl), Cobre (Cu), Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo), Níquel (Ni) y Zinc (Zn) (White y Brown, 2010).

Los elementos esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas tienen múltiples funciones y cumplen roles estructurales y bioquímicos. Dependiendo de su función pueden clasificarse en seis grupos generales. Los nutrientes tipo I, son los que están unidos a estructuras

de compuestos carbonados como ácidos nucleicos y proteínas. Los nutrientes tipo II, son los requeridos para el almacenamiento de energía y transporte. Los nutrientes tipo III están involucrados en la estructura de la pared celular y los nutrientes tipo IV son constituyentes de enzimas y otras moléculas necesarias para el metabolismo (ej: clorofila y ferrodoxina). Los nutrientes tipo V pueden activar enzimas o controlar su actividad y finalmente los nutrientes tipo VI sirven para mantener la presión osmótica. Este último grupo busca mantener la turgencia de los tejidos vegetales y evitar la pérdida de agua desde la vacuola, permitiendo el desarrollo normal de la planta (Miller, 2014). En la tabla 1 se detalla el rol que cumple cada uno de los nutrientes en la planta.

Absorción y movilidad de nutrientes

Para que un nutriente sea absorbido debe encontrarse en solución y ser capaz de llegar a la superficie de la raíz, solo así podrá ingresar a la planta. En un cultivo hidropónico esto se cumple de manera óptima (Figura 1). Cabe destacar que los nutrientes no son absorbidos en su forma elemental (no cargada), sino que lo hacen en su forma iónica (cargada). En la tabla 2 se resume la forma iónica necesaria de cada elemento para ser absorbido por la raíz.

Papel de la raíz en la absorción de nutrientes

En la raíz los nutrientes pueden moverse por la vía apoplástica (extracelular) y/o por vía simplástica (intracelular) para luego llegar al xilema y ser transportados a los tejidos de las hojas (White y Brown 2010) (Figura 2).

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Elemento Símbolo químicoConcentración en materia

seca (µmol*g-1)Función (grupo)

MacronutrientesNitrógeno N 1000 Clorofila, ácidos nucleicos y proteínas (I y VI)

Potasio K 250 Activador de enzimas, balance osmótico (V y VI)

Fosforo P 60 Energía (ej: ATP), ácidos nucleicos (I y II)Azufre S 30 Ácidos nucleicos y proteínas (I)Calcio Ca 125 Pared celular, activador enzimas, señalización (III y V)

Magnesio Mg 80 Clorofila (IV y V)*Silicio Si 30 Pared celular (III)

Micronutrientes*Níquel Ni 0,001 Componente enzimas (ej: ureasa) (IV)

Molibdeno Mo 0,001 Componente enzimas (ej: nitrogenasa) (IV)Cobalto Co 0,002 Fijación de nitrógeno en legumbres (IV)Cobre Cu 0,1 Respiración y oxido reducción (IV y V)Zinc Zn 0,3 Activación enzimas (IV y V)

*Sodio Na 0,4 Fotosíntesis en algunas C4 (IV)Manganeso Mn 1,0 Síntesis de clorofila. Transferencia de energía (IV y V)

Boro B 2,0 Estabilización pared celular (III)Hierro Fe 2,0 Síntesis clorofila, transferencia energía (IV y V)Cloro Cl 3,0 Fotosíntesis y balance osmótico (V, VI)

Tabla 1: Concentración de los nutrientes presentes en las plantas y su función principal (Miller, 2014).*Algunos autores consideran al Sodio (Na), Níquel (Ni) y Silicio (Si) como elementos benéficos y no como elementos esenciales.

ElementoSímbolo químico

Forma iónica de absorciónConcentración en peso

seco Macronutrientes

Nitrógeno N NH4+, NO3- Amonio, Nitrato 1-5%

Potasio K K+ Ion Potasio 0,5-0,8%Calcio Ca Ca+2 Ion Calcio 0,2-1,0%

Magnesio Mg Mg+2 Ion Magnesio 0,1-0,4%Fósforo P H2PO4-, HPO4-2 Fosfato dihidrógeno,

Fosfato ácido0,1-0,5%

Azufre S SO4-2 Sulfato 0,1-0,4%Micronutrientes

Cloro Cl Cl- Cloruro 0,1-1,0%Boro B H3BO3, H2BO3- Ácido Bórico, Borato 6-60 ppm

Hierro Fe Fe+2, Fe+3 Ion Hierro (ferroso +2 y ferrico +3)

50-250 ppm

Manganeso Mn Mn+2 Ion Manganeso 20-200 ppmZinc Zn Zn+2 Ion Zinc 25-150 ppm

Cobre Cu Cu+2 Ion Cobre 5-20 ppmNíquel Ni Ni+2 Ion Níquel 0,1-1 ppm

Molibdeno Mo MoO4-2 Molibdato 0,05-0,2 ppmTabla 2: Forma iónica en que son absorbido los nutrientes por las plantas (Jones y Olson-Rutz, 2016).

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Figura 2: Representación del movimiento del agua en la raíz en las rutas simplástica y transmembranal y la apoplástica (Taiz y Zeiger, 2006a).

Alta movilidadMovilidad intermedia

Baja movilidad

Potasio (K) Hierro (Fe) Calcio (Ca)Magnesio

(Mg)Zinc (Zn) Manganeso (Mn)

Azufre (S) Cobre (Cu)Nitrógeno (N) Molibdeno

(Mo)Cloro (Cl) Boro (B)*Sodio (Na)Fosforo (P)

Tabla 3: Movilidad de los nutrientes en la planta. *Su movilidad varía entre especies (White y Brown, 2010).

Sal inorgánica

Nitrato de calcio

Ca(NO3)2

Iones solublesIones calcio e iones

nitratoCa+2+2NO3

-

Figura 3: Ejemplo de la sal inorgánica de nitrato de calcio. Luego de ser solubilizada quedan disponibles los iones de calcio y nitrato.

Movilidad de los nutrientes en la planta

La movilidad de los nutrientes en la planta es diferencial, en la tabla 3 se muestran los nutrientes que presentan alta movilidad, movilidad intermedia y los de baja movilidad (White y Brown 2010). Conocer esta información es importante para identificar deficiencias nutricionales. Si un elemento mineral es móvil los síntomas de las carencias se presentarán primero en las hojas más viejas. Por otro lado, la carencia de un elemento mineral inmóvil será evidente primero en las hojas más jóvenes (Taiz y Zeiger, 2006b).

Los elementos minerales con baja movilidad se acumulan en tejidos que presentan tasas respiratorias altas y están presente en bajas concentraciones en tejidos como frutas, semillas y tubérculos, debido a su baja tasa respiratoria. Por ejemplo: el calcio es transportado por el xilema como Ca+2 o acomplejado con ácidos orgánicos y llega a los brotes siguiendo el flujo de agua de la respiración. Es por esto que se encuentra en mayores concentraciones en tejidos con altas tasas respiratorias. Lo mismo ocurre con el transporte de magnesio (Karley y White, 2009).

Nutrientes (fertilizantes) utilizados en hidroponía

Los nutrientes utilizados en hidroponía deben ser solubles en agua. Generalmente se utilizan sales inorgánicas que al solubilizarse en agua quedan disponibles en sus formas iónicas.

Cuando una sal entra en contacto con agua se disuelve, lográndose la separación en los iones (cationes (+) y aniones (-)) que la conforman (Figura 3).

Para preparar una solución nutritiva adecuada es importante conocer y revisar las fichas técnicas de las sales comerciales disponibles. Estas fichas deben indicar explícitamente que pueden ser utilizadas para fertirrigación o para hidroponía, en su defecto decir que son sales solubles en agua. En la tabla 4 se muestran las sales más utilizadas en hidroponía y la solubilidad de cada una aparece descrita en la tabla 5. Las sales para hidroponía además deben ser de alta pureza, sobre un 98%. Esto debido a que las impurezas o granos insolubles dificultan la limpieza de los tanques y pueden dañar las bombas y filtros utilizados.

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Fertilizante/temperatura °CSolubilidad g/L

5 10 20 25 30 40Nitrato de potasio 133 170 209 316 370 458Nitrato de amonio 1183 1510 1920Sulfato de amonio 710 730 750Nitrato de calcio 1020 1130 1290

Nitrato de magnesio 680 690 710 720Fosfato monoamónico 250 295 374 410 464 567Fosfato monopotásico 110 180 230 250 300 340Cloruro de potasio* 229 238 255 264 275

Urea**Tabla 5: Solubilidad de algunas sales disponibles para su uso en hidroponía *evitar usar sales con cloro y sodio ** No recomendada para hidroponía a pesar de ser soluble. En el suelo actúa como tampón, pero en hi-droponía desestabiliza el sistema.

Elemento Nomenclatura Forma iónica Sales disponibles NombreNitrógeno N NH4

+ (amonio) HNO3 Ácido nítricoNO3

-(nitrato) NH4NO3 Nitrato de amonio(NH4)2SO4 Sulfato de amonio

Ca(NO3)2 4H2O Nitrato de calcio 4-hidratadoCa(NO3)2 H2OH2 Nitrato de calcio 1-hidratado

KNO3 Nitrato de potasioFosforo P PO4

-3 (fosfato) H3PO4 Ácido fosfóricoNH4H2PO4 Fosfato monoamónico

KH2PO4 Fosfato monopotásico Potasio K K+ KNO3 Nitrato de potasio

KH2PO4 Fosfato de potasio di-hidrógenoK2SO4 Sulfato de potasio

KCl Cloruro de potasioKOH Hidróxido de potasio

K2CO3 Carbonato de potasioKHCO3 Bicarbonato de potasio

Calcio Ca Ca+2 Ca(NO3)2 Nitrato de calcio 4-hidratadoCaCl2 2H2O Cloruro de calcio

Magnesio Mg Mg+2 MgSO4 7H2O Sulfato de magnesio 7-hidratadoMg(NO3)2 6H2O Nitrato de magnesio 6-hidratado

Azufre S SO4-2 (sulfato) K2SO4 Sulfato de potasio

MgSO4 7H2O Sulfato de magnesio 7-hidratado(NH4)2SO4 Sulfato de amonio

Tabla 4: Sales comerciales disponibles para su uso en hidroponía (Soneveld y Voogt. 2009).

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al proyecto “Aumento del valor funcional y calidad organoléptica de hortalizas de hoja producidas en la región de O’Higgins mediante la aplicación controlada de estreses ambientales en sistemas de producción forzada y mínimo procesamiento IDI 30474703-0”. Financiado por el Fondo de Innovación para la Competitividad de la región del Libertador General Bernardo O’Higgins (Chile).

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Bibliografía

Arnon, D.I. and P.R. Stout. 1939. The essentially of certain elements in minute quantity for plants with special reference to copper. Plant Physiology, 14(2): 371-375.

Campbell, N. y J. Reece. 2007. Forma y funcionamiento de las plantas (cap. 6, pp. 710-817) En: Biology. Madrid, España: Editorial Médica Panamericana. 1392p.

Jones, C. and K. Olson. 2016. Plant nutrition and soil fertility [en línea]. Mon-tana, United States: Montana State University. Recuperado en: < http://landresources.montana.edu/nm/documents/NM2.pdf >. Consultado el: 30 de abril de 2020.

Karley, A. and P. White. 2009. Moving cationic minerals to edible tissues: po-tassium, magnesium, calcium. Current Opinion in Plant Biology, 12(3): 291-298.

Miller, A. 2014. Plant mineral nutrition. En: John Wiley & Sons. (Ed.). eLS. Chichester, England: John Wiley & Sons, Ltd. 6 p.

Soneveld, C. and W. Voogt. 2009. Fertilizer and soil improvers (cap. 2, pp. 13-32) En: Plant nutrition of greenhouse crops. Berlin, Germany: Springer. 431p.

Taiz, L. y E. Zeiger. 2006a. El balance hídrico de las plantas. (cap. 4, pp. 79-115) En: Fisiología vegetal. Castelló, España: Universitat Jaume I. 1338p.

Taiz, L. y E. Zeiger. 2006b. Nutrición mineral. (cap. 5, pp. 117-157) En: Fisiología vegetal. Castelló, España: Universitat Jaume I. 1338p.

White, P.J. and P.H. Brown. 2010. Plant nutrition for sustainable development and global health. Annals of Botany, 105(7): 1073-1080.