aspectos básicos del manejo de azufre, calcio, y...
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Aspectos Básicos del Manejo de Azufre, Calcio, y Magnesio
Dr. Armando Tasistro IPNI-México y América Central
Temario
• Azufre • Ciclo del S • Formas en plantas • Funciones en plantas • Síntomas de deficiencia • Formas en el suelo • Fuentes de S • Análisis de S en suelo
• Magnesio • Ciclo del Mg • Formas en las plantas • Funciones en las plantas • Mg en el suelo • Fuentes
• Relaciones entre cationes básicos - “el suelo ideal”
Deficiencia más generalizada
• Abandono de fertilizantes que aportaban S • sulfato de amonio • superfosfato simple
• Quema de residuos
Estiércol Residuos de plantas
Fertilizantes S en
la planta
SO4-2 en solución del suelo
SO4-2 adsorbido o lábil
SO4-2 ↔ S0 ↔ S-2
inmovilización
mineralización
Materia orgánica
lixiviación
Ciclo del S
SO2 SO2 antropogénico y
natural
SO4-2 ↔ SO2
SO4-2
volatilización quemas
Formas en plantas
• Tomado principalmente como SO4-2
• Reducido a -S-S y –SH • Concentraciones en plantas: 0.1 - 0.5%
Funciones en plantas
• 90% en proteínas • cistina, cisteína, y metionina • configuración de enzimas
• enlaces -S-S- • déficit de S → acumulación de N no-
proteico (NH2 y NO3-)
• síntesis de coenzima A, clorofila
ww
w.b
ritan
nica
.com
w
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.nat
ure.
com
normal
Maíz
Clorosis amarilla generalizada; nervaduras comúnmente no prominentes o si lo son sólo en la mitad basal de la hoja
Estiércol Residuos de plantas
Fertilizantes S en
la planta
SO4-2 en solución del suelo
SO4-2 adsorbido o lábil
SO4-2 ↔ S0 ↔ S-2
Materia orgánica
lixiviación
Ciclo del S
SO2 SO2 antropogénico y
natural SO4
-2 ↔ SO2
SO4-2
volatilización quemas
SO4-2 en solución
• Movimiento a raíces por difusión y flujo masal
• SO4-2 en subsuelo
puede ser mayor que en capa arable
• Deficiencia puede desaparecer cuando las raíces llegan adonde hay SO4
-2 acumulado
ww
w.le
arne
r.org
SO4-2
Adsorción de SO4-2
• Contrarresta tendencia a alta movilidad • Factores determinantes
• tipo y cantidad de arcilla • óxidos de Fe y Al • materia orgánica • pH • competencia con otros aniones
alófana>caolinita>mica>montmorillonita
↑ MO ↑ adsorción
↑ pH ↓ adsorción
H2PO4- > SO4
-2
FeS2 + H2O + 31/2 O2 → Fe+2 + 2SO4-2 + 2H+
• descomposición de MO • SO4
-2 aplicado H2S
ANAEROBIOSIS atmósfera ↑
+ Fe → FeS2 (pirita)
Oxidación de S elemental CO2 + So + 21/2 O2 + 2H2O → CH2O + 2SO4
-2 + 2H+
Condiciones favorables • 25 a 40oC • humedad del suelo ∼ capacidad de campo
Thiobacillus
S orgánico Suelos bien drenados, no calcáreos: C: N: S en MO ∼ 120: 10: 1.4
Fracciones 1. sulfatos ésteres
• enlaces C-O-S • más lábiles que S enlazado a C • ∼ 30-60% del Sorg
2. S enlazado a C • ∼ 30-40% del Sorg
3. aminoácidos con S • ∼ 10-20% del Sorg
Mineralización-Inmovilización
• Orgánico Inorgánico
• aminoácido + 2H2O S-2 + CO2 + NH4+
• S-2 → So + 11/2 O2 + H2O SO4-2 + 2H+
mineralización
inmovilización
O2 heterótrofos
• principal aporte de S para las plantas • ∼ 2 a 15 kg S-SO4
-2 /ha/año mineralizado de Sorg
1. Contenido de S en MO Relación C: S en el residuo del cultivo Proceso dominante
< 200: 1 mineralización 200 - 400 no hay cambios > 400: 1 inmovilización
hojas de canola
C: S = 64
paja de cebada C: S = 206
testigo
duración de incubación (días)
SO4-2
–S
(µg
S g-1
suel
o)
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J, O
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(199
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try
25,
1567
–157
3.
3. Humedad del suelo
• Óptimo: 60% de capacidad de campo • Cambios marcados o alternancia seco-
húmedo pueden causar incrementos repentinos en el S mineralizado
4. pH del suelo Mineralización aumenta con el pH, hasta pH 7.5
5. Presencia de vegetación
Plantas estimulan mineralización por la mayor actividad microbiana en rizósfera
6. Laboreo del suelo
Suelo Condición
Capa arable (ppm) Subsuelo (ppm)
S orgánico SO4-2-S S orgánico SO4
-2-S
Ultisol Virgen 36 4.0 12 6.4
Cultivado 24 2.5 10 12.0
Oxisol Virgen 247 3.7 11 3.3
Cultivado 60 7.2 10 12.3
Condiciones conducentes a deficiencia de S
• Texturas gruesas • Baja MO • Uso de fertilizantes sin S • Alta precipitación o riego • Quema de residuos • Relaciones C: S o N:S altas
1. Atmósfera
SO2 SO4-2
en.w
ikip
edia
.org
Lluvia con < 1 ppm de S puede aportar ∼ 10 kg S/ha/año
2. Agua de riego
Con < 5 ppm SO4-2 en el agua → posible
respuesta a la aplicación de S
3. Fuentes orgánicas
S en desechos orgánicos: 0.2 a 1.5% 20 t/ha = 40 a 300 kg S
4. S inorgánico
Con uso apropiado las fuentes tienen eficacias similares
Material Fórmula Contenido de nutrientes (%)
N P2O5 K2O S Otro polisulfuro de amonio NH4Sx 20 - - 45
sulfato de amonio (NH4)2SO4 21 24
tiosulfato de amonio (NH4)2S2O3 12 26
polisulfuro de calcio CaSx 22 6 (Ca)
tiosulfato de calcio CaS2O3 10 6 (Ca)
sulfato ferroso FeSO4.H2O 19 33 (Fe)
yeso CaSO4.2H2O 19 24 (Ca)
sulfato de magnesio MgSO4.7H2O 13 10 (Mg)
sulfato de potasio-magnesio K2SO4.MgSO4 22 22 11 (Mg)
polisulfuro de potasio KSx 22 23
sulfato de potasio K2SO4 50 18
tiosulfato de potasio K2S2O3 25 17
azufre So 100
azufre (granular con aditivos) So 0-7 68-95
ácido sulfúrico H2SO4 33
superfosfato simple Ca(H2PO4) 2.CaSO4.2H2O 20 14
superfosfato triple Ca(H2PO4) 2.CaSO4..2H2O
urea-azufre CO(NH2) 2+S 38 10-20
urea-ácido sulfúrico CO(NH2) 2+H2SO4 10-28 9-18
sulfato de zinc ZnSO4. H2O 18 36 (Zn)
Fertilización con S
∼ 1/20 de la dosis de N cultivo remoción de S (kg/t)
maíz para grano 1.4 frijol 8.7
cebada 1.9 papas 0.3 trigo 1.7 sorgo 1.2
Interacción N-S
Un déficit de una unidad de S en la demanda de un cultivo → pérdida potencial de 15 unidades de N al ambiente. [Schnug and Haneklaus (2005), citados por Norton et al. (2013)]
Análisis de suelo Buscan medir
• soluble en agua • fácilmente
intercambiable • adsorbido lábil
Extractantes
OK en regiones secas
OK en regiones húmedas
niveles críticos 30 mg/kg
10 mg/kg
Resultados de análisis de suelos difíciles de interpretar
• Movilidad en suelo • Reservas en subsuelo • Variación en aportaciones
• externas • internas
Estiércol Residuos de plantas
Toma por las plantas
Ca+2 en solución del suelo
Coloides
Minerales con Ca
Materia orgánica
lixiviación
Ciclo del Ca
Formas en plantas
• Ca+2 absorbido de la solución del suelo • Transporte a raíces principalmente por
flujo masal • Dicotiledóneas, leguminosas, y crucíferas
tienen mayores concentraciones (12-18 g/kg) que gramíneas (4 g/kg)
Funciones en plantas
• Integridad de membranas celulares • permeabilidad • mantenimiento del contenido celular • mecanismos de toma de nutrientes
• Regulación de enzimas • α-amilasa • proteínas cinasas • ATPasas
Funciones en plantas
• Neutralización de ácidos formados en metabolismo celular
• Favorece toma de NO3-
• Esencial para crecimiento y división celular
Translocación
• Móvil en xilema • Órganos con bajas tasas de transpiración (p.
ej. hojas nuevas, frutos, tubérculos) y de transporte por el xilema más proclives a deficiencias
• No se mueve en floema • Se requiere alrededor de raíces
(especialmente próximo a punto de crecimiento) y otros órganos subterráneos
yara
.us
papa
Mancha amarga, acorchado o bitter pit (hoyo amargo)
manzana
hort.
uwex
.edu
apio
tomate
Disponibilidad para las plantas
Concentración de Catotal • 1 – 30% suelos calcáreos, regiones áridas o
semiáridas • 0.7 – 1.5% suelos no calcáreos, regiones
templadas húmedas • 0.1 – 0.3% suelos tropicales, meteorizados
• pH • menor disponibilidad en suelos ácidos
• CIC • menor disponibilidad con CIC baja
• % de CIC saturada con Ca+2
• suelo con baja CIC y 1,000 ppm Ca+2 intercambiable puede aportar más Ca+2 a las plantas que uno con 2,000 ppm Ca+2 pero con CIC más alta
• posible respuesta a Ca+2 si % de saturación de CIC con Ca+2 < 25%
• Tipo de arcilla • arcillas 2:1 requieren % saturación con Ca+2
mayores que arcillas 1:1 • montmorillonita > 70% • caolinita 40 – 50%
Fuentes • Cal
• CaCO3 (40% Ca)
• CaMg(CO3)2 (22% Ca; 13% Mg)
• Yeso (CaSO4.2H2O) (22% Ca) • Superfosfato triple (12 – 14% Ca) • Superfosfato simple (18 – 20% Ca) • Roca fosfórica (35% Ca) • Nitrato de calcio (19% Ca) • CaEDTA (3 – 5% Ca) • estiércol (2 – 5% Ca)
Estiércol Residuos de plantas
Toma por las plantas
Mg+2 en solución del suelo
Coloides
Minerales con Mg
Materia orgánica
lixiviación
Ciclo del Mg
Formas en plantas
• Mg+2 absorbido de la solución del suelo • Transporte a raíces principalmente por
flujo masal • 2-4 g/kg con poca diferencias entre cultivos
Funciones en plantas • Clorofila
15-20% del Mg en plantas
• Estabilización de ribosomas para síntesis proteica
• Actividad de enzimas para fosforilación Transferencia de P desde ATP
pass
el.u
nl.e
du
Hipomagnesemia en el ganado
• Pastos con bajo Mg • Suelos con bajo Mg • Dosis altas de NH4
+ o K+
Mg en el suelo
Concentración de Mgtotal • 4% suelos con texturas finas, regiones secas • 0.1% suelos arenosos, regiones húmedas
Potencial de lixiviación
Aumenta con • Contenido de Mg en suelo • Movimiento de agua • Aplicación de K
• Aplicación de Ca
Disminuye con • Toma por plantas
Alta probabilidad de deficiencia
• Suelos arenosos, bajo pH, regiones húmedas
• Suelos ácidos tratados con dosis altas de cal sin Mg
• Suelos calcáreos con bajo Mg • Alta fertilización con NH4
+ o K+
• Cultivos con alta demanda de Mg
Fuentes
Aplicaciones al suelo • CaMg(CO3)2 (22% Ca,
13% Mg) • K2SO4·2MgSO4
(langbeinita) 21-22% K2O; 10-11% Mg; 21-22% S
• MgSO4·H2O (kieserita) 15-16% Mg; 20-22% S
Aplicaciones foliares • MgSO4·7H2O (sales Epson)
10% Mg
• MgCl2·10H2O 8-9% Mg
• Mg(NO3)2 16% Mg
Recomendaciones de K, Ca, Mg Nivel de suficiencia de nutrientes disponibles • necesidades de la planta • nivel crítico
Relación de saturación de cationes básicos
nutriente rango de niveles críticos (cmolc kg-1)
Ca 0.5 – 1.5 Mg 0.2 – 0.3 K 0.2 – 0.5
• necesidades del suelo • relación balanceada de
cationes con relación a la CIC del suelo
nutriente rango de saturación de la CIC (%)
Ca 65 - 85 Mg 6 - 12 K 2 - 5
(Graham, 1959)
Un poco de historia…
• 1945 – Bear et al. (New Jersey, alfalfa, invernadero) • tentativamente, “suelo ideal”, % de CIC ocupada por:
Ca 65%, Mg 10%, K 5%, H 20%, ¿origen de estos valores?
• Esos % implican • Ca/Mg = 6.5: 1 (65% de Ca / 10% de Mg) • Ca/K = 13: 1 • Mg/K = 2: 1 • Ca/H = 3.25: 1
Los % han ido variando
• 1959 – Graham (Missouri): • 65 – 85% Ca, 6 – 12% Mg, 2 – 5% K • Relaciones implícitas:
• Ca/Mg = 5.4: 1 – 14.2: 1 • Ca/K = 13: 1 – 42.5: 1 • Mg/K = 1.2: 1 – 6: 1
65% Ca/ 12% Mg 85% Ca/ 6% Mg
• 1975, Albrecht (Missouri), “suelo balanceado” • 60 – 75% Ca, 10 – 20% Mg, 2 – 5% K, Na
0.5 – 5%, 10% H, otros cationes 5% • origen exacto de datos no claro
Derivaciones
• Muchos consideran que el crecimiento óptimo de las plantas se va a dar solamente cuando el suelo tiene las relaciones balanceadas o ideales entre los cationes especificadas
• No hay evidencias científicas suficientes
rend
imie
nto
rela
tivo
(%)
peso
seco
rela
tivo
(%)
relación Ca/Mg relación Ca/Mg
bajo P alto P
mijo alfalfa
saturación de la CIC por Ca (%)
0 20 40 60 80 100
rend
imie
nto
de m
aíz
(kg/
ha)
0
2000
4000
6000
8000
10000
saturación de la CIC por Mg (%)
0 5 10 15 20 25 30
rend
imie
nto
de m
aíz
(kg/
ha)
0
2000
4000
6000
8000
10000
relación Ca/Mg
0 5 10 15 20 25
rend
imie
nto
de m
aíz
(kg/
ha)
0
2000
4000
6000
8000
10000
Curvas límite preliminares – Datos de La Frailesca (Chiapas, México)
Recomendaciones
• No parecen haber bases científicas sólidas para recomendar el uso de relaciones “ideales” entre cationes básicos en las recomendaciones de fertilización
• Asegurar disponibilidad de cationes básicos en base a • valores críticos, y • % de la CIC ocupada
Referencias
Camberato, J. y W. L. Pan. 2012. Bioavailability of Calcium, Magnesium, Sulfur, and Silicon. In (Pan Ming Huang, Yuncong Li, y Malcolm E. Sumner, Eds.) Handbook of Soil Sciences, Resource Management and Environmental Impacts. Second Edition. p 11:47 – 11:61.
Havlin, J.L., J. D. Beaton, S. L. Tisdale, and W. L. Nelson. 2005. Soil Fertility and Fertilizers. 7th Edition. Pearson-Prentice Hall. 515 p.
Johnson, G. V., and Fixen, P. E. (1990). Testing Soils for Sulfur, Boron, Molybdenum, and Chlorine. In "Soil Testing and Plant Analysis", pp. 265-274. SSSA.
Kopittke, P. M., and Menzies, N. W. (2007). A Review of the Use of the Basic Cation Saturation Ratio and the “Ideal” Soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 71, 259-265.
Norton, R., R. Mikkelsen and T. Jensen. 2013. Sulfur for Plant Nutrition. Better Crops, 97 (2): 10-12
Sánchez, P. 1981. Suelos del Trópico. Características y Manejo. IICA. Wortmann, C. 2014. Calcium and Magnesium. In (Shaver, T.M., ed.) Nutrient
Management for Agronomic Crops in Nebraska. Chapter 4.