sol nutritivas

PREPARACIÓN Y MANEJO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS

DR. PROMETEO SANCHEZ GARCIA

PREPARACIÓN Y MANEJO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS

•Definición del concepto “solución nutritiva”

•Características que definen una solución nutritiva

•Conceptos básicos de química

•Preparación de la Solución nutritiva de Steiner

SOLUCIÓN NUTRITIVA

• Son los nutrimentos en forma disponible disueltos en agua.

• Para que la solución nutritiva tenga disponibles los nutrimentos que contiene, debe ser una solución verdadera.

• La pérdida por precipitación de una o varias formas iónicas de los nutrimentos puede ocasionar su deficiencia en la planta. Además, de este problema se genera un desbalance en la relación mutua entre los iones.

SOLUCIÓN NUTRITIVA

• Cada especie vegetal requiere de una solución nutritiva específica.

• Están constituidas generalmente de aniones (NO3-,

H2PO4-, SO4

2- ) y cationes (K+, Ca2+, Mg2+).

•NH4+ solo está presente en algunas soluciones

nutritivas (Ejemplo Solución nutritiva de Hoagland y Arnold)

CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA

• Relación mutua entre los cationes

• Relación mutua entre los aniones

•La concentración de nutrimentos (conductividad eléctrica)

•El pH

•La relación NO3-:NH4

+

• La temperatura de la solución nutritiva

RELACIÓN MUTUA DE IONES

•Concepto basado en el balance de los nutrimentos.

•El balance consiste no solo en las cantidades absolutas de los iones sino también en la relación cuantitativa que se establece entre los cationes por una parte y los aniones por la otra.

•La demanda y, por lo tanto, la absorción de los macronutrimentos no son lineales durante el desarrollo de la planta, esto trae como consecuencia que también deba sincronizarse la relación mutua entre los iones en la solución nutritiva.

RELACIÓN MUTUA DE IONES

•La sincronización en la relación mutua de iones en la solución nutritiva debe hacerse para evitar desbalances nutrimentales, como por ejemplo antagonismos.

•Algunos antagonismos que se presentan en la solución nutritiva:

K+ con Ca2+

K+ con Mg2+

Ca2+ con Mg2+

NH4+ con Ca2+

NH4+ con K+

Ca2+ y Mg2+

Solución NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+ NH4

+

Relación porcentual en molC m-3

Aniones Cationes

Knop (1865) 79 10 11 23 66 11 -

Robbins (1946) 74 5 21 26 53 21 -

Hoagland y Arnon (1950)

74 5 21 32 42 21 5

Steiner (1961) 60 5 35 35 45 20 -

Resh (1981) 44 8 48 40 40 12 8

Graves (1983) 50 6 44 40 44 16 -

ALGUNOS EJEMPLOS DE SOLUCIONES NUTRITIVAS CON DIFERENTES RELACIONES MUTUAS ENTRE ANIONES Y ENTRE CATIONES

•La diferencia en las relaciones entre los iones de las soluciones nutritivas son debidas a que se generaron en condiciones ambientales diferentes y ninguna de éstas fue formulada para una cierta etapa fenológica.

CONCENTRACIÓN DE NUTRIMENTOS

(Conductividad eléctrica)

•Existe relación directa entre la relación mutua de iones y la CE.

•A mayor CE, la planta necesita mayor energía para absorbe agua y nutrimentos.

•La CE tiene influencia directa sobre la composición química de las plantas.

*A mayor CE se incrementa la concentración de potasio a expensas principalmente de calcio.

*A mayor CE se incrementa la concentración de fósforo y en menor medida la del nitrato, ambos a costa del sulfato.

CONCENTRACIÓN DE NUTRIMENTOS

(Conductividad eléctrica)

•Soluciones nutritivas con CE menores a las que requieren las plantas (menor a 2 dS m-1) se pueden inducir deficieencias nurimentales.

•CE mayores a 6 dS m-1 inducen deficiencia hídrica y aumentan la relación K+ : (K+ + Ca2+ + Mg2+ + NH4

+) ocasionando desbalances nutrimentales (principalmente en los nutrimentos que se mueven por flujo de masas).

pH DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA

•El pH es un valor que oscila entre cero y catorce, y que nos indica la acidez o basicidad, en este caso de la solución nutritiva.

Ácido Básico

0 7 14

•Los iones altera su forma química en función del pH

DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIMENTOS EN FUNCIÓN DEL pH

NITROGENO

FOSFORO

POTASIO

AZUFRE

CALCIO

MAGNESIO

HIERRO

BORO

MANGANESO

COBRE Y ZINC

MOLIBDENO

5.04.54.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.09.510.0

ÁCIDO pH ALCALINO

RELACIÓN NITRATO:AMONIO EN LA SOLUCIÓN NUTRITIVA

NH4+

H+

ATP

H+-ATPasa

NH3NH4+

pHpH H+

NO3-

1H+

ATP

H+-ATPasa

pHpH

2H+

NO3-

2H+

NH3

OH-

H2O

A.

B.

exterior interior

•El NO3- es la principal forma

química en que las plantas se abastecen de N; sin embargo, una pequeña fracción en la forma de NH4

+ presenta algunos beneficios en la nutrición de las plantas.

TEMPERATURA DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA

•Temperatura óptima 22 oC

•A < temperatura < absorción temperaturas menores a 15 oC generan

deficiencias nutrimentales de Ca2+, P y Fe2+

Temperaturas menores provocan que la suberización de la endodermis se extienda al ápice de la raíz e influye en la absorción de los nutrimentos

•Relación directa entre temperatura y oxígeno consumido por la planta

•Relación inversa entre temperatura y oxígeno disuelto en la solución nutritiva

IMPORTANCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA

Mayor asimilación

cuantitativa de nutrimentos

Sinergismo Óptima absorción de

agua

Todos los elementos

disponibles

pH √Relaciones

mutuas iónicas √

C. E. √Nutrimentos √

CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA

NORMALIDAD

N = eq L-1

eq = g / PE

PE = PM / valencia del ión

MOLARIDAD

M = moles L-1

moles = g / PM

PE = PM / valencia del ión

PARTES POR MILLÓN

ppm = mg L-1 = meq L-1/ PM

CÁLCULO DE LA CECE = SUMATORIA DE CATIONES en meq L-1 /10 (mmhos cm-1 = dS m-1)

EJEMPLO 1:

Cálculo del peso equivalente del (NH4)2SO4 y del KNO3

a. (NH4)2SO4

Peso molecular = 132.14

PE = PM / valencia

Valencia = ?

Valencia = 2

PE = 132.14 / 2

PE = 66.07

b. KNO3

Peso molecular = 101.11

PE = PM / valencia

Valencia = ?

Valencia = 1

PE = 101.11 / 1

PE = PM = 101.11

EJEMPLO 2:

Cálculo de gramos de K2SO4 para tener una solución de 1 L con 200 meq de sulfato.

a. Cálculo del peso molecular del K2SO4

K = 39.10 * 2 = 78.20

S = 32.07

O = 16 * 4 = 64.00

N = eq / L

eq = 0.2

b. Cálculo del peso equivalente del K2SO4

PE = PM / valencia

valencia = ?

valencia = 2

PE = 174.27 / 2 = 87.14

N = eq / L

eq = 0.2

PE = 87.14

eq = g / PE

g = eq / PE

g = 0.2 / 87.12 = 0. 0023

= 2.3 mg

EJEMPLO 2 (Continuación):

Cálculo de gramos de K2SO4 para tener una solución de 1 L con 200 meq de sulfato.

PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

Fórmula

Ion NO3- H2PO4

- SO4-2 K+ Ca+2 Mg+2

Concentración (molc m

-3)12 1 7 7 9 4

Concentración(mmol L-1)

12 1 3.4 7 4.9 2

Concentración de la solución nutritiva universal de Steiner (Steiner, 1984)

La solución nutritiva de Steiner es complementada con una mezcla de micronutrimentos (B, Cu, Zn, Mn, Mo) y el Fe puede se adicionado en forma de quelato con buenos resultados (Fe-EDTA).

FERTILIZANTES N ( % ) P2O5 (%) K2O5 (%) Ca(%) S (%) MgO (%) SOLUBILIDAD gr / l.

NITRATO AMÓNICO 33,5 192

SULFATO AMÓNICO 21 24 700

FOSFATO MONOAMÓNICO 12 62 294

NITRATO CÁLCICO 16 21 1220

NITRATO POTÁSICO 13 46 316

NITRATO SODICO 16 730

SULFATO POTÁSICO 50 111

CLORURO POTÁSICO 60 277

NITRATO DE MAGNESIO 279

SULFATO DE MAGNESIO 16 700

FOSFATO MONOPOTÁSICO 230

ÁCIDO NÍTRICO ( 59%)

ÁCIDO FOSFÓRICO ( 75% ) 55 35

EJEMPLO DE FERTILIZANTES QUE PUEDEN SER USADOS PARA PREPARAR LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial

Contenidos nutrimentales en agua

Diferencia

1. Anotar los iones que son requeridos

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial

12 1 7 7 9 4

Contenidos nutrimentales en

agua

Diferencia

2. Anotar las concentraciones iónicas requeridas

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial

12 1 7 7 9 4

Contenidos nutrimentales en

agua

2 0 2.7 0.2 1.8 2.70

Diferencia

3. Anotar las concentraciones iónicas contenidas en el agua

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial

12 1 7 7 9 4

Contenidos nutrimentales en

agua

2 0 2.7 0.2 1.8 2.70

Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3

4. Calcular la diferencia

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial

12 1 7 7 9 4

Contenidos nutrimentales en

agua

2 0 2.7 0.2 1.8 2.70

Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3

5. Verificar que la sumatoria de cationes sea igual a la sumatoria de aniones

Suma de aniones: 10 + 1 + 4.3 = 15.3

Suma de cationes: 6.8 + 7.2 + 1.3 =15.3

Disociación iónica de sales y fertilizantes

FERTILIZANTES ( meq/L) DISOCIACIÓN ( meq / L) DISOCIACIÓN ( mmol/L)

NO3NH4 1 meq/L NO3 1 meq / l . NH4 1 mmol /l. NO3 + 1 meq / l . NH4+

H2PO4NH4 1 meq /l. H2PO4 + 1 meq / l . NH4+ 1 mmo /l.H2PO4

- + 1 meq / l . NH4+

(NO3)2Ca 1 meq /l. NO3 + 1 meq / l . Ca2+ 2 mmo /l. NO-

3 + 1 meq / l . Ca2+

NO3K 1 meq /l. NO-3 + 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. NO3 + 1 meq / l . K+

NO3Na 1 meq /l. NO-3 + 1 meq / l . Na+ 1 mmo /l. NO3 + 1 meq / l . Na+

SO4K2 1 meq /l. SO4

+ 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. SO2-4 + 2 meq / l . K+

(NO3 )2Mg 1 meq /l. NO 3 + 1 meq / l . Mg2+ 2 mmo /l. NO-

3 + 1 meq / l . Mg2+

SO4 Mg 1 meq /l. SO4 + 1 meq / l . Mg2+ 1 mmo /l. SO 2-

4 + 1 meq / l . Mg2+

H2PO4K 1 meq /l. H2 PO4 + 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. H2PO4- + 1 meq / l . K+

NO3 H 1 meq /l. NO3 + 1 meq / l . H+ 1 mmo /l. NO-3 + 1 meq / l . H+

H3PO4 1 meq /l. H2PO4- + 1 meq / l . H+ 1 mmo /l. H2PO4

- + 1 meq / l . H+

+-

-

-

2-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

NO3- H2PO4

- SO42- K+ Ca2+ Mg2+

Solución

inicial12 1 7 7 9 4

Contenidos nutrimentales en

agua

2 0 2.7 0.2 1.8 2.70

Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3

KNO3 2.8 2.8

Ca(NO3)2 4 H2O 7.2 7.2

MgSO4 7 H2O 1.3 1.3

K2SO4 3.0 3.0

KH2PO4 1.0 1.0

10 1 4.3 6.8 7.2 1.3

6. Balanceo seleccionando sales

CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER

meq L-1 requeridos

eq L-1 requeridos

PE g = eq * PE

KNO3 2.8 0.0028 101.11 0.283

Ca(NO3)2 4 H2O 7.2 0.0072 118.08 0.850

MgSO4 7 H2O 1.3 0.0013 123.24 0.160

K2SO4 3.0 0.0030 87.14 0.261

KH2PO4 1.0 0.0010 136.09 0.136

7. Cálculo de los gramos por cada reactivo