relaciones de calcion magnesio y potacio

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables en suelos de la zona cafetera colombiana sobre la

nutricin de caf (Coffea arabica L.) en la etapa de almcigo

Siavosh Sadeghian Khalajabadi

Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agropecuarias

Doctorado en Ciencias Agropecuarias rea Agraria Medelln, Colombia

2012

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables en suelos de la zona cafetera colombiana sobre la

nutricin de caf (Coffea arabica L.) en la etapa de almcigo

Siavosh Sadeghian Khalajabadi

Trabajo de investigacin presentado como requisito parcial para optar al ttulo de: Doctor en Ciencias Agrarias

Director: Ral Daro Zapata Hernndez, Ph. D.

Lnea de investigacin: Fisiologa

Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agropecuarias

Doctorado en Ciencias Agropecuarias rea Agraria Medelln, Colombia

2012

Dedico este trabajo, como una pequea muestra de gratitud, a la memoria de mi hermano Dariush

Agradecimientos

A Clarita, mi esposa, y a Hesam Camilo, mi hijo, por estar junto a m en todos los momentos de la vida, y tambin por tenerme paciencia.

A la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medelln, por su participacin en mi formacin acadmica.

Al Centro Nacional de Investigaciones del CafCenicaf, por el apoyo logstico brindado.

Al doctor Ral Daro Zapata Hernndez, docente de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medelln, por su acertada orientacin, oportunas enseanzas, valiosos consejos y amistad incondicional.

Al doctor Gabriel Cadena Gmez, Director de Cenicaf hasta el ao 2009, y al doctor Fernando Gast Harders, actual Director de Cenicaf, por su colaboracin.

A la doctora Esther Cecilia Montoya, Coordinadora de la Disciplina de Biometra de Cenicaf, por su valiosa asesora.

A los doctores Idupulapati M. Rao, Nelson Walter Osorio Vega y Leila Ampar Rojas Escobar por sus oportunos y pertinentes aportes.

A la seora Beatrz Mejia, Analista del laboratorio de la Disciplina de Suelos de Cenicaf, por su colaboracin en las diferentes fases del trabajo.

Al ingeniero Hernn Gonzlez Osorio, Investigador de la Disciplina de Suelos de Cenicaf, por su colaboracin incondicional.

Al doctor Edgar Hincapi Gmez, Investigador de la Disciplina de Suelos de Cenicaf, por apoyo prestado en las determinaciones analticas.

A los doctores Enrique Martnez Bustamante y Jos Migul Cotes, docentes de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medelln, por compartir sus conocimientos y la asesora brindada.

A la seora Lucero Arias, a Lady Juliet Vargas y Diego Arcila, funcionarios y colaboradores de la Disciplina de Suelos de Cenicaf, por su apoyo.

A todos los jefes de las Subestaciones de Cenicaf, por su ayuda en los aspectos logsticos de la investigacin.

Resumen y Abstract IX

Resumen

La disponibilidad de calcio (Ca), magnesio (Mg) y potasio (K) para las plantas, no solo depende de su contenido en el complejo de cambio y en la solucin, sino tambin de la competencia que se puede presentar entre estos elementos; comportamiento que vara de acuerdo a la selectividad catinica de los suelos. Este trabajo permiti generar informacin acerca de la selectividad catinica de algunos suelos por estos elementos en la zona cafetera colombiana, y el efecto de los cambios en sus relaciones sobre la nutricin y el crecimiento del caf (Coffea arabica L.) en la etapa de almcigo.

En una primera fase se evaluaron las reacciones de intercambio CaMgK en 14 unidades de suelos, diferentes en su origen y mineraloga. Para ello se aplicaron cuatro soluciones con diferentes fuerzas inicas (1, 2, 4 y 8 mmol L1) y concentraciones (0,25, 0,50, 1,00 y 2,00 mmolc L1), manteniendo una relacin molecular entre los cationes igual a 1,0. Los coeficientes de selectividad de intercambio para los tres pares de cationes, CaMg, CaK y KMg, fueron calculados mediante la ecuacin de Vanselow, utilizando los valores de actividad de los iones en la solucin de equilibrio y concentraciones de los cationes intercambiables.

En todas las unidades cartogrficas de suelos evaluadas, los sitios de intercambio catinico presentaron mayor afinidad por el Ca2+, seguido por Mg2+ y K+. El comportamiento de la selectividad para los tres elementos vari entre los suelos, pero slo en algunos casos se encontr relacin de la selectividad con la mineraloga o el origen de estos. Se present una fuerte preferencia por el Ca2+ antes que el Mg2+, y pese a que sta disminuy con el incremento de la fuerza inica, no dej de manifestarse; adems, el aumento en el pH de los suelos se reflej en una reduccin de la selectividad por el Ca2+ con respecto al Mg2+. En ocho de los suelos hubo preferencia de K+ sobre Ca2+, y todos fueron ms selectivos por el K+ que por el Mg2+. En general los Andisoles presentaron menores cambios en su selectividad con los incrementos de la fuerza inica.

Con base en los resultados de la primera fase del trabajo, se seleccionaron tres de los 14 suelos (unidades cartogrficas Timbo, Chinchin y Doscientos), para determinar en ellos el efecto de las variaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo sobre la nutricin y el crecimiento de caf variedad Caturra. Bajo el diseo de bloques completos al azar se evaluaron tres dosis de cada elemento (0, 1 y 3 g dm3 de suelo), en una combinacin factorial 33 con 10 repeticiones, empleando como fuentes de fertilizantes sulfatos.

Se encontr una estrecha relacin entre la actividad de Mg2+ y K+ y su contenido intercambiable, tendencia que no se hall para el Ca2+, como consecuencia de la menor solubilidad de la fuente empleada. La actividad de los tres elementos se reflej en la concentracin de estos en la planta, en tanto que la fase intercambiable slo fue buen indicador para Mg2+ y K+. En ninguna de las tres unidades de suelos, los cambios en las relaciones Ca/Mg, Ca/K, Mg/K y (Ca+Mg)/K en la fase intercambiable lograron explicar las variaciones del peso seco total de las plantas. En contraste,

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... X

para dos de las unidades de suelos se encontr efecto de las relaciones de actividades Ca/Mg y Ca/K sobre la biomasa de las plantas. Las variaciones de las concentraciones de Ca, Mg y K en las plantas pudieron ser explicadas por sus relaciones, sin que esto indicara necesariamente condiciones de competencia.

Palabras clave: selectividad catinica, fuerza inica, parmetros termodinmicos, stress por salinidad, competencia, concentracin de nutrientes.

Resumen y Abstract XI

Abstract

The availability of calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+) and potassium (K+) for plants depends not only on the content of these elements in the exchangeable complex and the solution, but also in the competition that can take place among them; this behavior varies accordingly to the cation selectivity of the soil. This study allowed to obtain information regarding the cation selectivity of some soils of the mentioned elements in the Colombian coffee zone, and the effect of changes in its relationships on coffee seeding nutrition and growth (Coffea Arabica L.) at the nursery stage.

On a primary phase, the reactions of Ca2+Mg2+K+ exchange in 14 soils with differences in their origin and mineralogy were evaluated. For this, four solutions were applied with different ionic strength (1, 2, 4 and 8 mmol L1) and concentrations (0.25, 0.50, 1.00 and 2.00 mmolc L1), maintaining a molecular relation among the cations equal to 1.0. The exchange selectivity coefficients for the three cation pairs, Ca2+Mg2+, Ca2+K+, and K+Mg2+ were calculated with the Vanselow equation, using the ion activity in the solution equilibria and the concentration of the exchangeable cations.

In all the evaluated units of soils, the cation exchangeable sites presented higher affinity for Ca2+, followed by Mg2+ and K+. The behavior of the selectivity for the three elements varied between the soils, but only in some cases it was possible to relate this with the soil mineralogy or their origin. There was a strong preference for Ca2+ over Mg2+; even though the Ca2+ was diminished with the increase of the ionic strength, it did not cease to manifest itself. Furthermore, the increase in soil pH level produced a reduction of the Ca2+ selectivity regarding the Mg2+. In eight of the soils there was a preference of K+ over Ca2+, and all were more selective for K+ than Mg2+. In general, the Andisols presented minor changes in their selectivity with the increase of ionic strength.

In a second phase, three of 14 soils were selected (Timbo, Chinchin and Doscientos) to determine the effect of Ca2+, Mg2+ and K+ variations in the exchangeable phase and in the soil solution on nutrition and growth of the coffee seedlings. Under the design random blocks, three doses of each element were evaluated (0, 1 and 3 g dm3 of soil), in a factorial combination 33 with 10 repetitions, applying sulfate fertilizers as sources.

As a result treatments, the contents and ratios of Ca2+, Mg2+ and K+ in the soils were modified, nevertheless, due to the high doses applied soil salinity was generated, affecting plant growth. High residuality of the applied elements was detected, which generated an over evaluation of exchangeable fractions of Ca2+, Mg2+ and K+ (normal and neutral ammonium acetate). A close relationship was found between the activity and exchangeable content of Mg2+ and K+; tendency not found for Ca2+, as a consequence of the lower solubility of the source used. In soil solution the activity of these elements was reflected in their concentration in the plant, while the exchangeable phase was only a good indicator for Mg2+ and K+. In none of the three soils, the changes in the ratios of Ca/Mg, Ca/K, Mg/K and (Ca+Mg)/K in the exchangeable phase allowed to explain the variations of the plants total dry weight. In contrast, an effect of the ratios of Ca/Mg and Ca/K

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... XII

activities in soil solution for two of the soils was found on the biomass of the plants. The concentration variations of Ca, Mg and K+ in plants tissues were explained by its ratios, without this necessarily indicating competence conditions.

Key words: cation selectivity, ionic strength, thermodynamic parameters, salinity stress, competition, nutrient absorption.

Contenido XIII

Contenido

Pg.

Resumen ................................................................................................................. IX

Lista de figuras ................................................................................................... XVII

Lista de tablas ...................................................................................................... XXI

Introduccin .......................................................................................................... 1

1. Marco terico y estado del arte ............................................................. 3

1.1 Calcio, magnesio y potasio en la planta ........................................................ 3 1.1.1 Calcio ................................................................................................................ 3 1.1.2 Magnesio ........................................................................................................... 5 1.1.3 Potasio ............................................................................................................... 6 1.2 Calcio, magnesio y potasio en el suelo ........................................................... 97 1.2.1 Calcio ................................................................................................................ 7 1.2.2 Magnesio ........................................................................................................... 8 1.2.3 Potasio ............................................................................................................... 9 1.3 El intercambio catinico y su relacin con la disponibilidad de Ca2+,

Mg2+ y K+ ........................................................................................................ 10 1.3.1 Generalidades ................................................................................................... 10 1.3.2 Selectividad catinica ....................................................................................... 10 1.4 Efecto de las aplicaciones de Ca, Mg y K sobre sus contenidos en el suelo 14 1.5 Efecto de las variaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en cultivos ............................. 15 1.5.1 Generalidades ................................................................................................... 15 1.5.2 Efecto de las relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en diversos cultivos .................... 17 1.5.3 Efecto de las relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en el cultivo del caf ................... 20 1.6 Las relaciones entre Ca2+, Mg2+ y K+ como indicadores de su disponibilidad . 22 1.6.1 Generalidades ................................................................................................... 22 1.6.2 Niveles y relaciones adecuados de Ca, Mg y K propuestos para caf .............. 24

2. Materiales y mtodos ................................................................................ 25

2.1 Localizacin y duracin ................................................................................. 25

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... XIV

2.2 Metodologa ..................................................................................................... 25 2.2.1 Fase I. Selectividad por Ca2+, Mg2+ y K+ intercambiables en algunas unidades

de suelos de la zona cafetera colombiana ......................................................... 25 2.2.1.1 Seleccin de las unidades cartogrficas de suelo ............................................. 25 2.2.1.2 Toma y anlisis de las muestras de suelo ......................................................... 25 2.2.1.3 Definicin de los tratamientos y procedimiento analtico ................................ 26 2.2.1.4 Manejo de la informacin y anlisis estadstico ............................................... 28 2.2.1.5 Variable de respuesta ........................................................................................ 28 2.2.1.6 Anlisis estadstico ........................................................................................... 28 2.2.2 Fase II. Efecto de las variaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase

intercambiable y en la solucin del suelo sobre la nutricin y el crecimiento de caf ............................................................................................................... 29

2.2.2.1 Tratamientos y diseo experimental ..... 29 2.2.2.2 Evaluacin de los parmetros biolgicos ......... 30 2.2.2.3 Evaluacin de la concentracin de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin del suelo... 31 2.2.2.4 Evaluacin de la concentracin de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable

del suelo ............ 31 2.2.2.5 Variable de respuesta ........ 31 2.2.2.6 Variables complementarias ....... 31 2.2.2.7 Anlisis estadstico de los resultados ........ 32

3. Resultados y discusin ............................................................................. 33

3.1 Fase I. Selectividad por Ca, Mg y K intercambiables en algunas unidades de suelos de la zona cafetera colombiana ..................................... 33

3.1.1 Propiedades de los suelos ..... 33 3.1.2 Efecto de las soluciones de intercambio ....... 40 3.1.3 Coeficientes de selectividad para el intercambio catinico CaMg ..... 52 3.1.4 Coeficientes de selectividad para el intercambio catinico KCa ........ 59 3.1.5 Coeficientes de selectividad para el intercambio catinico KMg ...... 63 3.1.6 Parmetros termodinmicos para los intercambios estudiados ........ 68 3.1.7 Seleccin de suelos para la fase II ........ 70 3.2 Fase II. Efecto de las variaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase

intercambiable y en la solucin del suelo sobre la nutricin y el crecimiento de caf ......................... 71

3.2.1 Cambios qumicos generados en el suelo por el efecto de los tratamientos . 72

Contenido XV

3.2.1.1 Aspectos generales ....... 73 3.2.1.2 Efecto de los tratamientos en los coeficientes de selectividad ..... 82 3.2.1.3 Relaciones entre camiones intercambiables ......................... 83 3.2.2 Cambios qumicos generados en la solucin del suelo en respuesta a los

tratamientos ....... 88 3.2.3 Crecimiento de caf en la etapa de almcigo en respuesta al suministro de

Ca, Mg y K ....... 97 3.2.3.1 Unidad Chinchin ..... 98 3.2.3.2 Unidad Timbo ...... 103 3.2.3.3 Unidad Doscientos ........ 106 3.2.4 Absorcin de Ca2+, Mg2+ y K+ por las plantas de caf en respuesta a los

tratamientos ....... 110 3.2.5 Efecto de los contenidos y relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase

intercambiable y en la solucin del suelo sobre el crecimiento de caf y la toma de estos nutrientes ...... 116

3.2.5.1 Crecimiento de las plantas en respuesta a los contenidos de Ca2+, Mg2+ y K+intercambiable y en la solucin del suelo ......................................................... 116

3.2.5.2 Concentracin de Ca, Mg y K en la planta de caf en respuesta a sus contenidos en la fase intercambiable y en la solucin del suelo ....................... 120

3.2.5.3 Crecimiento de las plantas en respuesta a las relaciones entre Ca2+, Mg2+ y K+ y sus porcentajes de saturacin .................................................................. 124

3.2.5.4 Concentracin de Ca, Mg y K en la planta de caf en respuesta a las relaciones entre Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo ............................................................................................................ 131

4. Conclusiones ................................................................................................. 137

A. Anexo: Foto microlicmetro ..................................................................... 139

B. Anexo: Mineraloga de los suelos ......................................................... 141

C. Anexo: Anlisis de varianza .................................................................... 143

Bibliografa ............................................................................................................ 148

Contenido XVII

Lista de figuras

Pg.

Figura 31. Relacin entre pH y los cationes de cambio en las unidades de suelos evaluadas ........................................................................................................ 36

Figura 32. Variaciones de CIC con relacin a los contenidos del carbono orgnico en los suelos evaluados .................................................................................. 37

Figura 33. Cambios de CICE en funcin del carbono orgnico y CIC ........................... 38 Figura 34. Relacin entre el contenido de arcilla y CICE en los suelos evaluados ..... 39 Figura 35. Relacin entre el contenido de arcilla y CIC en los suelos evaluados ....... 39 Figura 36. Relacin entre los valores iniciales de la suma de bases y los valores

finales en todas las unidades cartogrficas evaluadas .................................... 44 Figura 37. Valores del pH obtenidos en la evaluacin inicial del suelo y en la solucin

de equilibrio ................................................................................................... 44 Figura 38. Relacin entre los valores iniciales de la suma de bases y los valores

finales en 12 de las unidades cartogrficas evaluadas ................................... 45 Figura 39. Actividad de Ca2+, Mg2+ y K+ en funcin de su concentracin en la

solucin de equilibrio ..................................................................................... 51 Figura 310. Coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio CaMg en

funcin de la fraccin equivalente de Ca2+ .................................................... 55 Figura 311. Coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio CaMg en

funcin del pH de la solucin de equilibrio ................................................... 55 Figura 312. Pendientes de los modelos de regresin lineal para KV CaMg en funcin

la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio ..................... 58 Figura 313. Agrupacin de suelos por su similitud en los cambios de KV CaMg en

funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio ... 59 Figura 314. Coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio KCa en

funcin de la fraccin equivalente de K+ ....................................................... 60 Figura 315. Variaciones del coeficiente de selectividad de Vanselow para el

interacmbio KCa en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio para tres de las unidades de suelos ...................... 62

Figura 316. Correlacin entre los coeficientes de selectividad de Vanselow para los intercambios KCa y KMg .......................................................................... 63

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... XVIII

Figura 317. Coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio KMg en funcin de la fraccin equivalente de K+ ....................................................... 64

Figura 318. Pendientes de los modelos de regresin lineal para KV KMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio ..................... 66

Figura 319. Agrupacin de suelos por su similitud en los cambios de los coeficientes de selectividad de Vanselow para el intercambio KMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio ......................... 67

Figura 320. Variaciones del coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio KMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio para las unidades de suelos Salgar y Guadalupe . 67

Figura 321. Conductividad elctrica del suelo en respuesta a las dosis de Ca, Mg y K ... 78 Figura 322. Conductividad elctrica y concentracin de sulfatos en funcin de

mesoporos ...................................................................................................... 79 Figura 323. Variaciones de CICE en respuesta a las dosis de Ca, Mg y K ....................... 79 Figura 324. Variaciones promedia en los contenido de Ca2+, Mg2+ y K+

intercambiables, en respuesta a su aplicacin. El ajuste corresponde a los valores promedio ............................................................................................ 82

Figura 325. Variaciones en las relaciones de Ca/Mg, como respuesta al suministro decalcio y magnesio ........................................................................................... 83

Figura 326. Variaciones en las relaciones de Ca/K, como respuesta al suministro de calcio y potasio ............................................................................................... 84

Figura 327. Variaciones en las relaciones de Mg/K, como respuesta al suministro de magnesio y potasio ......................................................................................... 86

Figura 328. Variaciones en las relaciones de (Ca+Mg)/K intercambiables, como respuesta al suministro de calcio, magnesio y potasio ................................... 87

Figura 329. Concentraciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin del suelo en respuesta a las dosis aplicadas .......................................................................................... 90

Figura 330. Valores promedio de las concentraciones de cationes y aniones en la solucin del suelo ........................................................................................... 91

Figura 331. Relacin entre la suma de cationes y aniones en la solucin del suelo ......... 92 Figura 332. Relacin entre la concentracin y la actividad de Ca2+, Mg2+ y K+ en la

solucin del suelo ........................................................................................... 92 Figura 333. Actividades de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin del suelo en funcin de las

dosis aplicadas ................................................................................................ 93 Figura 334. Relacin entre las actividades de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin del suelo y

su contenido en la fase intercambiable .......................................................... 94 Figura 335. Actividad de Ca2+ en respuesta a la suma de Mg2+ y K+ intercambiables ..... 95

Contenido XIX

Figura 336. Actividad de calcio en funcin de la concentracin total de aniones en la solucin del suelo ........................................................................................... 95

Figura 337. Relacin entre las actividades de Ca2+, Mg2+ y K+......................................... 96 Figura 338. Relacin entre la conductividad elctrica del suelo y la registrada en la

solucin del suelo ........................................................................................... 97 Figura 339. Proporcin relativa del peso de hojas, tallos y races en las tres unidades de

suelo ............................................................................................................... 98 Figura 340. Peso seco total de las plantas para el tratamiento testigo en funcin del pH

y aluminio intercambiable .............................................................................. 98 Figura 341. Peso total de las plantas en la unidad Chinchin en respuesta a las dosis de

calcio .............................................................................................................. 99 Figura 342. Peso total de las plantas en la unidad Chinchin en respuesta a magnesio en

combinacin con potasio ................................................................................ 99 Figura 343. Peso seco de races y tallos de las plantas en la unidad Chinchin en

respuesta a magnesio en combinacin con potasio ........................................ 99 Figura 344. Peso seco de hojas en la unidad Chinchin en respuesta a las dosis de

calcio .............................................................................................................. 103 Figura 345. Relacin entre el peso seco de las races y el de los tallos, las hojas y el

peso total de las plantas en la unidad Chinchin ............................................ 103 Figura 346. Sntomas de toxicidad por salinidad, causada por las dosis ms altas de

magnesio y potasio, en las unidades Chinchin y Doscientos, cinco das despus del transplante ................................................................................... 104

Figura 347. Peso total de las plantas en la unidad Timbo en respuesta a magnesio en combinacin con calcio .................................................................................. 104

Figura 348. Peso total de las plantas en la unidad Timbo en respuesta a magnesio en combinacin con potasio ................................................................................ 104

Figura 349. Peso total de las plantas en la unidad Timbo en respuesta a calcio en combinacin con potasio ................................................................................ 104

Figura 350. Relacin entre el peso seco de las races y el de los tallos, las hojas y el peso total de las plantas en la unidad Timbo ................................................ 105

Figura 351. Peso total de las plantas en la unidad Doscientos en respuesta a magnesio en combinacin con calcio ............................................................................. 106

Figura 352. Peso total de las plantas en la unidad Doscientos en respuesta a magnesio en combinacin con potasio ........................................................................... 106

Figura 353. Relacin entre el peso seco de las races y el de los tallos, las hojas y el peso total de las plantas en la unidad Doscientos .......................................... 107

Figura 354. Peso seco promedio de las plantas por unidad de suelo ................................. 107

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... XX

Figura 355. Promedio del peso seco total de las plantas en funcin del pH y conductividad elctrica .................................................................................. 107

Figura 356. Conductividad elctrica del suelo en respuesta a la suma de Mg2+ y K+intercambiable del suelo ................................................................................ 108

Figura 357. Peso seco total de las plantas de caf en respuesta a la conductividad elctrica del suelo ........................................................................................... 109

Figura 358. Rendimiento relativo en funcin de la conductividad elctrica ..................... 109 Figura 359. Concentracin de Ca, Mg y K las races, tallos y hojas de caf en respuesta

a su aplicacin en la unidad Chinchin .......................................................... 114 Figura 360. Concentracin de Ca, Mg y K las races, tallos y hojas de caf en respuesta

a su aplicacin en la unidad Timbo ............................................................... 114 Figura 361. Concentracin de Ca, Mg y K las races, tallos y hojas de caf en respuesta

a su aplicacin en la unidad Doscientos ......................................................... 115 Figura 362. Peso total de las plantas de caf en respuesta al contenido de Ca2+

intercambiable y actividad de Ca2+ en la solucin del suelo .......................... 117 Figura 363. Peso total de las plantas de caf en respuesta al contenido de Mg2+

intercambiable y actividad de Mg2+ en la solucin del .................................. 118 Figura 364. Peso total de las plantas de caf en respuesta al contenido de K+

intercambiable y actividad de K+ en la solucin del suelo ............................. 119 Figura 365. Peso seco total de las plantas de caf en respuesta al contenido de Mg2+ y

K+ intercambiables ......................................................................................... 119 Figura 366. Concentracin de Ca en races, tallos y hojas de caf en respuesta a los

contenidos de Ca+2 intercambiable y actividad de Ca2+ en la solucin ......... 120 Figura 367. Concentracin de Mg en races, tallos y hojas de caf en respuesta a los

contenidos de Mg+2 intercambiable y actividad de Mg2+ en la solucin ........ 121 Figura 368. Concentracin de K en races, tallos y hojas de caf en respuesta a los

contenidos de K+ intercambiable y actividad de K+ en la solucin ............... 122 Figura 369. Peso seco total de las plantas de caf en respuesta a las relaciones Ca/Mg,

Ca/K, Mg/K y Ca+Mg/K en la fase intercambiables ..................................... 125 Figura 370. Peso seco total de las plantas de caf en respuesta a los porcentajes de

saturacin de las bases intercambiables ......................................................... 127 Figura 371. Peso seco total de las plantas de caf en respuesta a las relaciones de

actividades de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin del suelo ................................ 129 Figura 372. Peso seco total de las plantas de caf en funcin de las relaciones Mg/K en

la fase intercambiable y en la solucin, agrupadas por las dosis de K .......... 130 Figura 373. Concentracin de Ca en races de caf para la unidad Doscientos, en

funcin de Mg y la relacin Ca/Mg en la fase intercambiable y su actividad en solucin ..................................................................................................... 131

Figura 374. Concentracin de Ca en las races, tallos y hojas de caf en respuesta a la suma de los contenidos de Mg2+ y K+ intercambiables en la unidad Doscientos ...................................................................................................... 132

Contenido XXI

Lista de tablas

Pg.

Tabla 11. Estimativo conceptual de las bases en el suelo, segn el ICA ....................... 23 Tabla 12. Clasificacin general de relaciones ideales entre las bases intercambiables.. 23 Tabla 21. Informacin general sobre las unidades cartogrficas del suelo

preseleccionadas para la primera fase del estudio y su ubicacin ................. 26 Tabla 22. Composicin de las soluciones de intercambio, aplicados como

tratamientos ................................................................................................... 27 Tabla 31. Propiedades qumicas y fsicas de los suelos utilizados en el estudio ........... 34 Tabla 32. Valores de CIC, CICE, relaciones entre cationes intercambiables y

porcentaje de saturacin de cationes con respecto a la CIC .......................... 35 Tabla 33. Valores promedio y desviacin estndar de Ca2+, Mg2+ y K+

intercambiables y la suma de stas bases en respuesta a los tratamientos de soluciones de intercambio con igual proporcin de Ca, Mg y K ................... 41

Tabla 34. Valores promedio de las relaciones entre cationes intercambiables enrespuesta a los tratamientos con soluciones de intercambio .......................... 45

Tabla 35. Valores promedio y desviacin estndar de la concentracin de Ca2+, Mg2+, K+ y la suma de bases en la solucin de equilibrio, en respuesta a los tratamientos con soluciones de intercambio .................................................. 47

Tabla 36. Valores promedio y desviacin estndar de actividad de los cationes en la solucin de equilibrio, en respuesta a los tratamientos con soluciones de intercambio ..................................................................................................... 49

Tabla 37. Valores promedio de coeficientes de selectividad de Vanselow para los intercambios catinicos CaMg, KCa y KMg, en respuesta a los tratamientos con soluciones de intercambio .................................................. 53

Tabla 38. Valores promedio del pH y desviacin estndar, correspondientes a los tratamientos de intercambio en las unidades de suelos evaluadas ................. 56

Tabla 39. Ecuaciones de regresin correspondientes al coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio CaMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio, obtenidos para las unidades de suelo ............................................................................................................... 57

Tabla 310. Nuevos modelos de regresin para el coeficiente de selectividad CaMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio, obtenidos para 13 las unidades de suelo ........................................................ 58

Tabla 311. Ecuaciones de regresin correspondientes al coeficiente de selectividad de Vanselow para el intercambio KMg en funcin de la concentracin de 65

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... XXII

cationes en las soluciones de intercambio, obtenidos para las unidades de suelo ...............................................................................................................

Tabla 312. Nuevos modelos de regresin para KV KMg en funcin de la concentracin de cationes en las soluciones de intercambio, obtenidos para nueve unidades de suelo ................................................................................. 66

Tabla 313. Parmetros termodinmicos de equilibrio para los intercambios CaMg, KCa y KMg. ............................................................................................... 69

Tabla 314. Valores promedio de los coeficientes de selectividad de Vanselow para los intercambios catinicos estudiados, presentados en forma ascendente ......... 70

Tabla 315. Propiedades qumicas y fsicas de los suelos utilizados en la segunda fase de estudio el estudio ....................................................................................... 72

Tabla 316. Valores promedio de la conductividad elctrica, la acidez y los contenidos de los cationes intercambiables en la unidad Chinchin en respuesta a los tratamientos ................................................................................................... 74

Tabla 317. Valores promedio de la conductividad elctrica, la acidez y los contenidos de los cationes intercambiables en la unidad Timbo en respuesta a los tratamientos .................................................................................................... 75

Tabla 318. Valores promedio de la conductividad elctrica, la acidez, y los contenidos de los cationes intercambiables en la unidad Doscientos en respuesta a los tratamientos .................................................................................................... 76

Tabla 319. Modelos lineales que expresan los contenidos de Ca2+, Mg2+ y K+ extrados en funcin de los centimoles de carga/kg aplicados ...................................... 81

Tabla 320. Valores promedio de la concentracin de Ca2+, Mg2+ y K+ en la solucin de los suelos en respuesta a los tratamientos ...................................................... 89

Tabla 321. Promedios del peso seco total de las plantas y peso seco de races, tallos y hojas, en respuesta al suministro de calcio, magnesio y potasio en la unidad Chinchin ....................................................................................................... 100

Tabla 322. Promedios del peso seco total de las plantas y peso seco de races, tallos y hojas, en respuesta al suministro de calcio, magnesio y potasio en la unidad Timbo ............................................................................................................ 101

Tabla 323. Promedios del peso seco total de las plantas y peso seco de races, tallos y hojas, en respuesta al suministro de calcio, magnesio y potasio en la unidad Doscientos ...................................................................................................... 102

Tabla 324. Valores promedio de la concentracin de Ca, Mg y K de races, tallos y hojas de caf en respuesta a los tratamientos en la unidad Chinchin ........... 111

Tabla 325. Valores promedio de la concentracin de Ca, Mg y K de races, tallos y hojas de caf en respuesta a los tratamientos en la unidad Timbo ................ 112

Tabla 326. Valores promedio de la concentracin de Ca, Mg y K de races, tallos y hojas de caf en respuesta a los tratamientos en la unidad Doscientos .......... 113

Contenido XXIII

Tabla 327. Modelos lineales para explicar las variaciones de la concentracin porcentual de Ca, Mg y K en races, tallos y hojas en funcin de sus contenidos en la fase intercambiable y en la solucin, obtenidos para las unidades de suelos evaluadas ......................................................................... 123

Tabla 328. Modelos que explican para el suelo de la unidad Doscientos las variaciones de la concentracin de Ca, Mg y K en las diferentes partes de la planta en funcin de sus contenidos y relaciones en el suelo ........................................ 133

Tabla 329. Modelos que explican para el suelo de la unidad Chinchin las variaciones de la concentracin de Ca, Mg y K en las diferentes partes de la planta en funcin de sus contenidos y relaciones en el suelo ........................................ 134

Tabla 330. Modelos que explican para el suelo de la unidad Timbo las variaciones de la concentracin de Ca, Mg y K en las diferentes partes de la planta en funcin de sus contenidos y relaciones en el suelo ........................................ 135

Introduccin

La aplicacin de fertilizantes involucra diferentes aspectos que se relacionan tanto con la especie o el genotipo a tratar, como con las condiciones climticas, edficas y el manejo que se da a las plantaciones. En cuanto a los factores del suelo se refiere, tiene gran importancia la disponibilidad de los nutrientes para el cultivo en cada una de las etapas de su desarrollo; la cual est dada por el contenido de los nutrientes y las interacciones que se pueden presentar entre estos (antagonismos y sinergismos), tanto en la fase slida como en la solucin del suelo; medio de donde las races de las plantas los toman para su crecimiento. Entre los elementos esenciales estn el calcio (Ca2+), el magnesio (Mg2+) y el potasio (K+); cationes que se encuentran adheridas a las cargas negativas de los coloides rganominerales del suelo, y a los que conocen como bases intercambiables. Los requerimientos de estos nutrientes varan de acuerdo a la especie, la etapa de crecimiento y la produccin, dentro de ciertas condiciones medioambientales. Aunque las cantidades de Ca2+ presentes en el suelo son mayores a las del Mg2+, y las cantidades de este a su vez son superiores a las del K+, la mayora de las especies vegetales absorben y requieren ms K+ que Ca2+ y Mg2+.

En caf, al igual que la mayora de las especies, la demanda de estos cationes se incrementa conforme aumenta la edad de las plantas, presentando siempre el siguiente orden: K+>Ca2+>Mg2+. Por lo tanto, se sugiere incluirlos en los planes de fertilizacin, siempre y cuando sus niveles en el suelo sean bajos; pese a lo anterior, rara vez se observan sntomas de deficiencia de Ca.

Diversos autores sostienen que la disponibilidad de estos tres elementos en el suelo, adems de sus contenidos en la fase intercambiable, est determinada por la proporcin relativa de estos, es decir su cantidad frente a los dems cationes y/o con respecto a la capacidad del suelo para retenerlos en trminos de CIC (Capacidad de Intercambio Catinico, determinado analticamente mediante la extraccin con acetato de amonio 1N a pH=7,0) o CICE (Capacidad de Intercambio Catinico Efectiva, determinado por la suma de Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+ y H+); planteamiento que tiene como soporte la competencia que estos ejercen entre s en el complejo de cambio o por los sitios activos de absorcin de las races de las plantas. Basado en lo anterior se han propuesto relaciones ideales entre Ca2+, Mg2+ y K+, tanto a nivel general como para algunas especies en particular. Cabe resaltar que en la prctica dichas relaciones son difciles de lograr; adems, los suelos difieren en su selectividad para retener estos cationes debido a las propiedades mineralgicas, qumicas y fsicas que los caracterizan.

En caf, los resultados de las investigaciones desarrolladas en los diferentes pases productores del grano suelen ser divergentes. Bertsch et al. (1991) las consideran irrelevantes a la hora de recomendar un plan de fertilizacin, Valencia (1999) sugiere una proporcin ideal entre estos, Carvajal (1984) y Coffee Research Foundation (1990) solo tienen en cuenta la relacin de (Ca+Mg)/K para ajustar la fertilizacin potsica, Palma (1994) y Carrillo (1990) se basan en el valor del cociente Mg/K para la recomendacin de Mg, Henao et al. (1995) consideran a la relacin de la actividad ])(/[ aCaaMgaKaMg ++ o el porcentaje de la saturacin de Mg con respecto de la CIC como los mejores ndice para determinar la disponibilidad de Mg; por ltimo, Cadena (2004) sugiere una proporcin entre estos en el momento de dar la recomendacin de la fertilizacin.

Efecto de los cambios en las relaciones de calcio, magnesio y potasio intercambiables ... 2

Pese a los esfuerzos realizados en Colombia y otros pases productores, hoy da se desconoce el efecto de los cambios en las relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo, sobre la toma de estos elementos por la planta de caf y su crecimiento. Por lo anterior, no se dispone de informacin suficiente que permita recomendar prcticas de fertilizacin tendientes a un manejo apropiado de estas relaciones, teniendo en cuenta las propiedades de los suelos dedicados al caf en el pas.

Mediante el desarrollo de esta investigacin se busc aportar conocimientos bsicos que contribuyan a resolver el problema relacionado con el efecto de las interacciones entre el Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo, sobre la toma de estos elementos por la planta de caf y su crecimiento. Para lo anterior se escogi la etapa de almcigo, en la cual es mucho ms factible modificar dichas relaciones, dado que los fertilizantes se pueden incorporar al suelo de una manera homognea. Los objetivos propuestos para cumplir con la meta trazada fueron:

Objetivo general:

Avanzar en el conocimiento de la selectividad catinica en suelos de la zona cafetera colombiana y su relacin con la nutricin y el crecimiento de caf en la etapa de almcigo.

Objetivos especficos:

Determinar la selectividad por el Ca2+, Mg2+ y K+ en algunas unidades de suelos de la zona cafetera colombiana contrastantes en su origen y mineraloga.

Evaluar el efecto de los cambios en los contenidos y en las relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo sobre la nutricin y el crecimiento de caf en la etapa de almcigo.

Hiptesis de investigacin:

Para al menos una de las relaciones de intercambio CaMg, KCa y KMg, el coeficiente de selectividad depende de la interaccin unidad de suelo y concentracin inica de estos elementos en la solucin del suelo.

Los cambios en las relaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en la fase intercambiable y en la solucin del suelo, afectan la nutricin y el crecimiento de caf en la etapa de almcigo.

1. Marco terico y estado del arte

1.1 Calcio, magnesio y potasio en la planta

Entre los 16 nutrimentos esenciales que las plantas requieren para su normal crecimiento y desarrollo se encuentran el K, Ca y Mg. Estos tres, de acuerdo con su demanda por los cultivos son considerados macronutrientes o elementos mayores (Havlin et al., 1999; Mengel y Kirkby, 2000; Navarro y Navarro, 2003); siendo ms alto el requerimiento del K, razn por la cual algunos autores lo clasifican como primario, y a los otros dos como secundarios (Guerrero, 2001, Estrada, 1990). Con relacin a este ltimo aspecto, Soil Improvement Committee California Plant Health Association (2004) sostiene que la anterior clasificacin, antes de tener su origen en la cantidad relativa requerida, se relaciona con la mayor frecuencia de observar las deficiencias de los nutrientes primarios.

Mengel y Kirkby (1987), basndose en el comportamiento bioqumico y las funciones fisiolgicas, clasifican a estos tres nutrientes dentro de un mismo grupo, pues estos ejercen tanto funciones celulares inicas no especficas (establecer potenciales osmticos en los rganos de las clulas o mantener el equilibrio inico), como especficas. Entre estas funciones, los anteriores autores mencionan:

K+ y Ca2+: mecanismos de control de desencadenamiento, mediante la regulacin de potenciales osmticos, la permeabilidad de las membranas, los electropotenciales y las conductancias.

Ca2+, Mg2+ y K+: influencia estructural, la cual resulta al unir molculas orgnicas (particularmente enzimas), alterando as su conformacin.

Ca2+ y Mg2+: formacin de cidos Lewis, pues estos iones son capaces de aceptar un par de electrones y catalizar o polarizar grupos reactivos.

1.1.1 Calcio

Las races de las plantas toman el calcio desde la solucin del suelo en forma inica Ca2+ (Larcher, 2003; Mengel y Kirkby, 2000, Soil Improvement Committee California Plant Health Association, 2004; Marschner, 1986). El Ca es el nutriente de carcter bsico ms abundante en las plantas despus de K (Navarro y Navarro, 2003). De acuerdo con la revisin hecha por Larcher (2003), la concentracin de Ca en la masa seca de las especies cultivadas vara entre 0,04 y 1,3%.


El Ca es un nutriente de naturaleza estructural, pues hace parte del componente de las paredes y membranas celulares, razn por la cual es indispensable su presencia para la formacin de nuevas clulas. Se cree que este elemento contrarresta los efectos txicos del cido oxlico al formar oxalato de Ca en las vacuolas (Soil Improvement Committee California Plant Health Association, 2004). Larcher (2003) menciona las siguientes funciones de Ca en la planta: regulacin de la hidratacin (antagonistas K y Mg); activador de enzimas (Amilasa, ATPasa); regulacin de la elongacin y crecimiento. Marschner (1986) resalta el hecho que a diferencia de los otros macronutrientes, una alta proporcin de Ca total en el tejido de las plantas se localiza en las paredes celulares (apoplasto), razn por la cual su presencia es vital en la estabilizacin de estas y de las membranas; adems de otras funciones como la modulacin de las enzimas, la osmoregulacin y el balance de catinanin.

En los tejidos vegetales el Ca puede encontrarse en forma libre (Ca2+) o adsorbido a iones no difusibles como grupos carboxlicos, fosfricos e hidroxifenlicos; as mismo puede ocurrir en forma de oxalatos, carbonatos y fosfatos de Ca; compuestos que se encuentran con frecuencia en las vacuolas (Mengel y Kirkby, 2000).

El Ca se caracteriza por una muy baja habilidad de transporte dentro de la planta, pues una vez que se deposita en los tejidos vegetales ser muy difcil removerlo. Es por ello que son los tejidos jvenes los primeros en ser afectados cuando existen deficiencias de este nutriente (Navarro y Navarro, 2003; Soil Improvement Committee California Plant Health Association, 2004).

Mengel y Kirkby (1987) citan los trabajos de Clarkson y colaboradores para indicar que la absorcin de Ca2+, en contraposicin a otros nutrientes como el K+ y fsforo (H2PO4, HPO42) est restringida a la zona colindante con el pice de la raz, diferencia en el comportamiento que ha sido explicada por el desarrollo de la banda de Caspary; pues el envejecimiento de este rgano conlleva a una suberizacin de la endodermis, la cual impide el movimiento radical del Ca. En este sentido, la translocacin de Ca2+ desde la corteza al tallo se limita a la ruta apoplstica o del espacio libre, va que solamente es accesible en las races jvenes no suberizadas. Lo anterior, adems de indicar que la absorcin de Ca2+ se da de manera pasiva, apoya el hecho que su ascenso en la savia del xilema ocurre con la corriente transpiratoria; fenmeno que tiene lugar bsicamente durante el da, y es por ello que la absorcin de Ca2+ se detiene en la noche.

La carencia de Ca2+ reduce la tasa de crecimiento en las plantas, especialmente en los tejidos meristemticos, tanto de races como parte area, dado que el Ca es requerido para la elongacin y la divisin celular. Los sntomas de su deficiencia comienzan a manifestarse en las hojas jvenes, las cuales se deforman y se vuelven clorticas (Mengel y Kirkby, 2000). Soil Improvement Committee California Plant Health Association (2004), adems de los anteriores cita los siguientes sntomas: coloracin verde anormal en el follaje, cada prematura de flores y frutos, tallos debilitados, quemadura apical de las hojas jvenes (en especies como el apio y lechuga), y zonas acuosas y sin color en frutos (comn en el tomate, pimentn, meln, manzanas y peras).

Entre los factores del suelo que en mayor grado determinan la disponibilidad de Ca2+ se encuentran: Ca total suplementado, pH, CIC, porcentaje de saturacin de Ca2+ en respecto con CIC, tipo de coloide del suelo y la relacin de Ca2+ frente a otros cationes en la solucin. En los suelos cidos el Ca2+ no es rpidamente disponible para las plantas a bajas saturaciones, pues conforme decrece el porcentaje de Ca2+ en proporcin a la CIC total, tambin decrece la cantidad de Ca2+ absorbido por

Marco terico y estado del arte 5

las plantas. El argumento propuesto tambin se aplica al tipo de mineral, pues los suelos con predominancia de arcillas tipo 2:1 requieren una mayor saturacin de Ca2+ que aquellos con arcillas tipo 1:1. Especficamente la montmorillonita requiere un porcentaje de saturacin mayor del 70% de Ca2+ para un adecuado suministro, mientras que la Caolinita presenta suficiente disponibilidad a 4050% de saturacin de Ca2+. La nutricin normal de Ca2+ puede verse disturbado cuando el Mg2+ excede al Ca2+ (Havlin et al., 1999).

1.1.2 Magnesio

El magnesio es absorbido por las plantas como in Mg2+ (Marschner, 1986; Mengel y Kirkby, 2000). Este elemento constituye normalmente cerca del 0,5% de la biomasa total de las plantas (Navarro y Navarro, 2003); sin embargo las diferentes especies vegetales pueden presentar un rango relativamente amplio en su contenido total (entre 0,07 y 9%) (Larcher, 2003).

Quiz el papel ms conocido de Mg en la planta se relaciona con su aparicin en el centro de la molcula de la clorofila, pigmento esencial para que las plantas verdes puedan llevar a cabo la fotosntesis; pese a ello, la fraccin del Mg total asociada a la clorofila es relativamente pequea, pues slo representa entre el 15 y 20% (Mengel y Kirkby, 2000).

Navarro y Navarro (2003) resaltan el hecho que el Mg es el nico elemento metlico constituyente de la clorofila, y mencionan valores similares a los reportados por Mengel y Kirkby (1987) del Mg cloroflico (1012%).

Entre otras funciones se puede mencionar: regulacin del pH celular y el balance de catinanin, sntesis de protenas, activacin de enzimas y transferencia de energa (Marschner, 1986).

Marschner (1986) sugiere que las funciones de Mg en las plantas se relacionen con su movilidad dentro de las clulas; la cual se debe a la capacidad de interactuar fuertemente con ligandos nucleoflicos (por ejemplo los grupos fosforil), a travs de enlaces inicos, y actuar como un elemento que establece puentes y/o formas complejas de diferentes niveles de estabilidad. Cabe aclarar que no todos los enlaces son inicos; algunos, como los que establece en la molcula de la clorofila, son de tipo covalente.

Navarro y Navarro (2003), basndose en la alta difusin de Mg2+ en el floema, explican el porqu este elemento, en contraposicin al Ca2+, puede trasladarse fcilmente de las hojas viejas a las jvenes cuando se presenta una deficiencia.

Con base en la relativa alta movilidad que presenta el Mg2+ no ser difcil concluir que los sntomas de sus deficiencias se presentan primero en hojas ms viejas; las cuales normalmente se caracterizan por una clorosis intervenal (Mengel y Kirkby, 2000; Navarro y Navarro, 2003).

Havlin et al. (1999) consideran que aquellos suelos que contienen menos de 25 a 50 mg kg1 de Mg2+ intercambiable son probablemente deficientes en este nutriente. La saturacin crtica de Mg2+ para un ptimo crecimiento de las plantas coincide estrechamente con este rango, pero en la


mayora de los casos el porcentaje de saturacin podra no ser menos de 10%. Es comn la ocurrencia de las deficiencias de Mg2+ en suelos cidos con altas tasas de aplicacin de cales bajas en Mg; as mismo cuando se realiza un suministro elevado de fertilizantes amoniacales o potsicos, y en cultivos con alta demanda de Mg (Havlin et al., 1999).

1.1.3 Potasio

La absorcin de potasio por las races ocurre en forma inica K+ (Marschner, 1986; Mengel y Kirkby, 2000). Su contenido exhibe una alta variabilidad, dependiendo de la especie y el rgano que se considere; en este sentido Navarro y Navarro (2003) citan los valores reportados por Demoln (1972), con un rango supremamente amplio (entre 0,35 a 7,1, expresado como porcentaje de K2O de la materia seca).

El K+ es considerado el catin ms importante en la fisiologa de las plantas, no solo por su contenido en los tejidos vegetales, sino por las funciones que desempea. Su velocidad de absorcin es alta, como consecuencia de la permeabilidad selectiva de las membranas vegetales; hecho que propicia la difusin facilitada (tanto de ingreso como de salida) de este nutriente para diversos procesos fisiolgicos, entre los cuales se pueden citar: crecimiento meristemtico, estado hdrico, fotosntesis y transporte a larga distancia (Marschner, 1986; Mengel y Kirkby, 2000).

El K+, a diferencia de otros nutrientes no hace parte constitutiva de los principios esenciales (prtidos, lpidos y glcidos), sino que tiende a permanecer en forma inica. Debido a la gran movilidad que lo caracteriza acta bsicamente neutralizando cidos orgnicos que resultan del metabolismo, y as asegurar la constancia de la concentracin de H+ en los jugos celulares (Navarro y Navarro, 2003).

El K es esencial en la translocacin de azcares y la formacin de almidn. Las clulas oclusivas de los estomas lo requieren para su apertura y cierre, proceso importante en la eficiencia hdrica. El K estimula el crecimiento radical y mejora la resistencia de los cultivos a enfermedades; adems, favorece la formacin de vasos xilemticos ms grandes y distribuidos de una manera ms uniforme en todo el sistema radical y mejora la calidad de las cosechas (Soil Improvement Committee California Plant Health Association, 2004).

De acuerdo con Soil Improvement Committee California Plant Health Association (2004), los sntomas de la deficiencia de K se relacionan con los siguientes eventos: i) crecimiento lento, ii) clorosis/necrosis en mrgenes y pices foliares, a partir de las hojas ms viejas, iii) tallos dbiles y iv) frutos pequeos o semillas arrugadas.

Ante situaciones de deficiencia, el K+ se moviliza rpidamente desde los tejidos ms maduros hacia los ms nuevos con el fin de suplir los requerimientos nutricionales, y es por ello que los sntomas se manifiestan primero en las hojas viejas.


1.2 Calcio, magnesio y potasio en el suelo

1.2.1 Calcio

El calcio (Ca) es el quinto elemento ms abundante en la corteza terrestre, con una concentracin promedia que llega a representar cerca de 3,6% (Barber, 1995). Este procede principalmente de las rocas y los minerales que conforman el suelo; por lo tanto, su contenido puede variar ampliamente dependiendo del material de origen; en suelos considerados no alcalinos solo representa entre 0,1 y 0,2%, mientras que en los alcalinos alcanza el 25% (Havlin et al., 1999).

Barber (1995) sostiene que el contenido de Ca2+ depende del material parental, el grado de meteorizacin y la aplicacin de enmiendas. Este autor reporta los siguientes valores para tres ordenes contrastantes del suelo en este nutriente: Aridisoles 5%, Alfisoles 1% y Oxisoles 0,6%.

Refirindose a las rocas fuentes de Ca2+, la anortita (CaAl2Si2O3) es el feldespato ms importante, aunque los piroxenos y anfiboles son tambin comunes en los suelos. Cantidades pequeas de Ca2+ pueden provenir de biotita, apatita y de ciertos borosilicatos (Havlin et al., 1999).

En cuanto a los compuestos minerales, los carbonatos son de mayor representatividad; entre estos se encuentran: calcita (CaCO3) y dolomita (CaCO3.MgCO3). En un segundo lugar se puede mencionar a los fosfatos: fluorapatita Ca5(PO4)3F, hidroxiapatita Ca5(PO4)3(OH), y carbonatoapatita (Ca5(PO4)3CO3). Adicionalmente, se puede referir a sulfato de calcio (CaSO4) y silicatos alumnicos diversos: feldespatos y anfiboles. Finalmente, el Ca2+ se encuentra haciendo parte de la materia orgnica o en combinacin con los cidos hmicos y fosfricos en los humatos y fosfolpidos clcicos (Navarro y Navarro, 2003).

Las concentraciones de Ca2+ en el suelo normalmente superan a las requeridas para un crecimiento apropiado de las plantas; pese a ello ejercen poco efecto sobre la toma de Ca2+, puesto que la absorcin de Ca2+ es genticamente controlada. En este sentido la concentracin de Ca2+ en la solucin del suelo es cerca de 10 veces mayor a la del K+; pese a ello su toma es menor que este nutriente (Havlin et al., 1999).

Por regla general los suelos de textura gruesa y aquellos que se ubican en regiones hmedas, formados a partir de rocas pobres en minerales de Ca tienen bajos niveles de Ca2+. En contraposicin a lo anterior, los suelos de textura fina, formados a partir de rocas que son ricas en este elemento, contienen mucho mayores contenidos de Ca total y Ca2+ intercambiable (Havlin et al., 1999).

Los suelos antiguos, altamente meteorizados y lavados bajo condiciones hmedas, generalmente tienen bajos niveles de Ca2+. En ambientes ridos los altos contenidos de Ca en las capas ms superficiales pueden presentarse en forma de acumulaciones de yeso (CaSO4.2H2O) (Mengel y Kirkby, 2000).


El gas carbnico disuelto en el agua de percolacin puede formar iones H+ que llegan a desplazar tanto al Ca2+ como a otros cationes del complejo de cambio. En el caso que la percolacin sea alta a travs del perfil, los suelos gradualmente se acidifican (Havlin et al., 1999).

1.2.2 Magnesio

El magnesio (Mg) es el octavo elemento ms comn en la litosfera, con una concentracin promedia cercana a 2,1%. Pese a lo anterior, y como consecuencia de la meteorizacin de minerales de Mg relativamente solubles, su concentracin en los suelos es de tan solo 0,5%, hecho que indica una prdida de ste representada en partes del total (Barber, 1995).

Dados los diferentes grados de meteorizacin y materiales parentales, los contenidos de Mg2+ varan enormemente (Barber, 1995). En este sentido Havlin et al. (1999) reportan valores bajos (0,1%) para suelos de textura gruesa en regiones hmedas, y valores altos (4%) para suelos con texturas finas y zonas ridas o semiridas formados a partir de materiales parentales ricos en Mg2+.

El Mg es constituyente de numerosos minerales, mayoritariamente silicatos; siendo los ms frecuentes la biotita (Si3O10AlK(MgFe)3(OH)2), serpentinas (Si2O9Mg3H4), y olivino (SiO4FeMg). Tambin se encuentran formando parte de los minerales secundarios arcillosos como clorita, vermiculita y montmorillonita. En algunos suelos el Mg tambin est presente como magnesita (MgCO3) y dolomita (CaCO3. MgCO3). Adicionalmente, la descomposicin de la materia orgnica puede contribuir a la incorporacin de este nutriente al suelo (Navarro y Navarro, 2003).

El Mg2+ en el suelo puede estar bsicamente en tres formas: i) como constituyente de minerales, ii) como catin intercambiable en el complejo de cambio y iii) en la solucin del suelo; lo anterior sin tener en cuenta que pequeas cantidades de Mg se encuentran presentes en la fraccin orgnica (Barber, 1995).

Navarro y Navarro (2003), refirindose a la disponibilidad de Mg2+, catalogan las formas inorgnicas de la siguiente manera: Mg lentamente asimilable (no intercambiable), Mg2+ asimilable (intercambiable) y Mg2+ rpidamente asimilable (solucin del suelo).

La concentracin normales de Mg2+ en la solucin del suelo en las regiones templadas vara entre 5 y 50 mg kg1 (Havlin et al., 1999). Las concentraciones de Mg2+ en el complejo de cambio varan segn el material parental, tipo de arcilla, la textura, presencia de otros cationes, la acidez, la lluvia, extraccin por los cultivos y los aportes va fertilizacin y encalamiento. En este sentido, las deficiencias de Mg2+ tienden a ocurrir cuando los suelos son cidos, arenosos, altamente lavados y con baja Capacidad de Intercambio CatinicoCIC; en suelos calcreos el nivel de Mg2+ es inherentemente bajo (Havlin et al., 1999).

El Mg2+ intercambiable es por lo general del orden del 5% del Mg total, y constituye normalmente entre el 4 y 20% de la CIC, valor considerablemente menor que el de Ca2+ (80%), y mayor que el de K+ (cerca de 4%) (Mengel y Kirkby, 2000).


1.2.3 Potasio

La litosfera contiene en promedio 1,9% de este elemento. La concentracin de K en el suelo (1,2%), es inferior a la de la litosfera, como consecuencia de su meteorizacin; en este sentido, los suelos jvenes y poco meteorizados, tienen altos niveles de K+. Los suelos orgnicos son pobres en su contenido (menor de 0,03%), dado su bajo nivel de minerales (Barber, 1995).

La mayor parte de K de la corteza terrestre se encuentra unido a minerales primarios o est presente en las arcillas secundarias que conforman ampliamente la fraccin arcillosa. Los suelos arenosos muy meteorizados contrastan marcadamente con los suelos jvenes derivados de materiales volcnicos, en los que los contenidos de arcilla y de K son generalmente altos (Mengel y Kirkby, 2000).

Los minerales que generalmente se consideran como fuentes originales de K en su orden de disponibilidad son biotita>muscovita>feldespatos potsicos. Estos presentan la siguiente composicin: biotita: K(Mg, Fe)3AlSi3O10, feldespatos potsicos: KSi3AlO8 y la muscovita (SiO4)3H2Al3K. Otras formas minerales son silvina: KCl.NaCl y carnalita: KCl.Cl2Mg.6H2O; tambin puede estar presente en ilitas, vermiculitas, cloritas, entre otros minerales (Navarro y Navarro, 2003).

En el suelo el K puede clasificarse en las siguientes cuatro categoras: i) K+ de la solucin, ii) K+ intercambiable, iii) K difcilmente intercambiable, y iv) K mineral (Barber, 1995; Havlin et al., 1999). Navarro y Navarro (2003) adicionan a las anteriores la forma orgnica y establecen la siguiente clasificacin basada en su disponibilidad: no asimilable, lentamente asimilable y rpidamente asimilable.

Havlin et al. (1999), basndose en la anterior clasificacin reportan los siguientes valores para la concentracin de K: mineral 500025000 mg kg1, nointercambiable 50750 mg kg1, intercambiable 40600 mg kg1 y en solucin 110 mg kg1.

La forma ms disponible es el K+ de la solucin, seguido por el intercambiable. Otras dos formas en orden de disponibilidad son el K nointercambiable que reside en las intercapas de las arcillas tipo 2:1, y la forma mineral (Bohn et al., 2001).

El K+ tambin puede estar fijado en el suelo. Este proceso ocurre predominantemente en las arcillas 2:1 y en grandes cantidades en illita, limitando su disponibilidad para las plantas. La fijacin consiste en una fuerte retencin del in K+ en las capas laminares de estas arcillas. El K+ de la solucin del suelo, el liberado de los minerales o proveniente de la fraccin intercambiable, es atrapado firmemente por fuerzas electrostticas entre las lminas de las arcillas debido a que es suficientemente pequeo. Slo el NH4+, por tener un radio inico similar, puede competir con el K+ por estos sitios de retencin. Esta forma de K+ es lentamente asimilable para las plantas (Bohn et al., 2001).


Entre los factores que determinan la disponibilidad de K+ se encuentran: cantidad y tipo del mineral arcilloso, CIC, contenido de K+ intercambiable, capacidad del suelo para fijar el K+, la humedad, la temperatura, la aireacin y el pH del suelo (Havlin et al., 1999).

1.3 El intercambio catinico y su relacin con la disponibilidad de Ca2+, Mg2+ y K+

1.3.1 Generalidades

Gracias a su carga negativa, la fraccin coloidal de la fase slida del suelo, constituida principalmente por las arcillas finas y la materia orgnica, es el mayor reservorio de Ca2+, Mg2+ y K+ para las plantas. De esta manera, estos cationes y otros elementos con cargas positivas (Na+, Al3+ y Mn2+) son adsorbidos por la superficie negativamente cargada de estas partculas coloidales, las cuales se mueven de manera dispersa en una solucin electroltica (Bohn et al., 2001; Barber, 1995; Havlin et al., 1999; Mengel y Kirkby, 2000).

Las fuerzas que tienden a unir firmemente los cationes a la superficie de los coloides organominerales son de naturaleza interinicas; mientras que las fuerzas que tienden a disociarlos son de naturaleza cintica en forma de movimiento trmico. Como consecuencia de lo anterior se establece un gradiente de potencial elctrico, cuyo equilibrio ocurre entre la estructura coloidal, los cationes y la solucin libre (Mengel y Kirkby, 2000).

Los cationes adsorbidos pueden ser desplazados por otros como consecuencia de diversos factores, a saber: la fuerza de adsorcin del in, su predominancia y concentracin en la solucin del suelo, la presencia de otros cationes en la solucin y la selectividad del catin, entre otros. El anterior proceso, caracterizado por ser reversible, estequiomtrico y rpido se denomina intercambio catinico (Bohn et al., 2001).

1.3.2 Selectividad catinica

El trmino de selectividad de intercambio inico en el suelo es utilizado para expresar la relacin entre los iones en la superficie de los coloides y los iones en la solucin del suelo. Esta selectividad depende bsicamente de la naturaleza y la cantidad de los componentes inorgnicos y orgnicos, adems del potencial inico (Loyola y Pavan, 1989; Sparks, 2003).

En general, existe una relacin directa entre la valencia del in y la fuerza con que es retenido por los sitios de intercambio; en este sentido, los cationes trivalentes se adsorben ms firmemente que los bivalentes, y estos a su vez son retenidos con ms fuerza que los monovalentes. Adicionalmente, entre los cationes de igual carga, aquel con menor radio de hidratacin o potencial inico presenta una adsorcin ms firme (Bohn et al., 2001; Sparks, 2003). La facilidad con la que se puede


reemplazar un in por otro se ha denominado serie liotrpica; un ejemplo de ello, dado por Bohn et al. (2001) es:

Li+Na+>K+NH4+>Rb+>Cs+Mg2+>Ca2+>Sr2+Ba2+>La3+H(Al3+)>Th4+

Essington (2003) define el potencial inico como la relacin entre la valencia del in (Z) y su radio inico (r), as: Z/r). El radio inico es, al igual que el radio atmico, la distancia entre el centro del ncleo del tomo y el electrn estable ms alejado del mismo, pero haciendo referencia no al tomo, sino al in. El potencial inico () constituye una medida de la densidad de carga de los iones. Al aumentar la magnitud de esa densidad de carga se fortalecen los enlaces con otros iones.

Un factor determinante en la retencin selectiva de cationes es la Capacidad de Intercambio CatinicoCIC, pues los suelos con una densidad de carga ms elevada generalmente prefieren los cationes altamente cargados. Un ejemplo de lo anterior ocurre cuando se someten las arcillas vermiculita y montmorillonita a una solucin con Ca2+ y Na+; en este caso la vermiculita retiene una mayor cantidad de Ca2+ que la montmorillonita, mientras que esta ltima retiene ms Na+. Un mecanismo de selectividad tiene lugar entre la vermiculita y el Mg2+, en cuyo caso se cree que este elemento en su forma hidratada se ajusta bien dentro de la red de agua entre las capas parcialmente expandidas. Otro caso muy particularmente ocurre por la alta preferencia de las vermiculitas y las aristas intemperizadas de micas trioctadricas por el K+ y otro catin similar como NH4+.

En general, los minerales del suelo presentan una mayor atraccin de superficie por los cationes menos hidratados y los compuestos orgnicos por los cationes polivalentes, principalmente cuando los grupos carboxlicos estn ligados por tomos de carbono adyacente (Loyola y Pavan, 1989). Referente a este tema, Bohn et al. (2001) aclaran que en suelos ricos en la materia orgnica el incremento del pH y la elevacin subsecuente de la CIC, puede cambiar la selectividad catinica, pues se dar una mayor preferencia a los polivalentes sobre los monovalentes.

La evaluacin del intercambio catinico y la selectividad de un in sobre otro en un suelo dado, generalmente se realiza mediante sistemas binarios, por ejemplo K+ y Mg2+ o Na+ y Ca2+ (Bohn et al., 2001; Sparks, 2003).

Como ejemplo puede considerarse la siguiente reaccin reversible de intercambio:

)(2(int)(int)2)( 22 solKCaXKXsolCa ++ ++

En esta reaccin un in de Ca2+ en la solucin del suelo (sol) reemplaza a dos iones de K+ de la fase intercambiable X (int). La constante termodinmica del equilibrio (K), como una medida de la selectividad, para la reaccin en particular se describe as (Sposito, 2008):

)()())((

22

22

sol

sol

CaKXKCaXK

+

+

=


siendo: X=una mol de la fraccin intercambiable, los parntesis ( ) denotan las actividades de las especies qumicas involucradas en la reaccin de intercambio.

Existen diferentes tipos de coeficientes de selectividad para describir el equilibrio; entre estos se encuentran los propuestos por Kerr, Gapon, Vanselow, etc. (Bohn et al., 2001; Essington, 2003, Sparks, 2003; Sposito, 2008). Una de las ecuaciones mundialmente ms utilizadas es la de Vanselow; sta se diferencia de la ecuacin de Kerr por tener un enfoque termodinmico en lugar de la accin de las masas y, por considerar las actividades de los iones en la solucin, en lugar de sus concentraciones (Alleoni et al., 2009; Sparks, 2003).

La selectividad catinica es particularmente de inters para el manejo de problemas agrcolas, tal es el caso de suelos sdicos (excesivos niveles de sodio intercambiable) y cidos (con diferentes especies de aluminio intercambiable), o entender lo que puede suceder con elementos como NH4+ y K+ luego de su aplicacin. Los mayores esfuerzos para un mejor entendimiento de los anterior fenmenos han sido dirigidos hacia diversos modelos para caracterizar y predecir la distribucin de equilibrio de un in intercambiable entre las fases adsorbida y la acuosa. Estos modelos emplean los principios de la accin de masas del catin y describen la particin del in usando un coeficiente de selectividad de intercambio, parmetro que a pesar de no ser una constante verdadera, es til y puede ser empleado para aproximarse a la realidad (Essington, 2003).

Existen diferentes mtodos para estudiar experimentalmente el fenmeno de la adsorcin, siendo el ms empleado el de batch a nivel de laboratorio por ser simple, rpido y replicable. En ste se ponen en contacto una cantidad conocida de suelo y de soluciones que contienen un in de inters, se agita por un perodo de tiempo determinado, al trmino del cual se asume que el sistema alcanz un equilibrio de reaccin. Se centrifuga y/o se filtra la suspensin, y se mide la concentracin del soluto remanente y se sustrae de la concentracin inicialmente adicionada. La cantidad de soluto sustrada de la fase lquida se define como la proporcin del soluto que fue adsorbida por la fase slida. Otros mtodos son batch in situ y columnas de flujo (Casagrande y Soares, 2009).

En la mayora de los estudios basados en la tcnica de batch, los investigadores prefieren desarrollar sistemas binarios de intercambio (por ejemplo CaMg), mediante la utilizacin de soluciones en las cuales varan las fracciones equivalentes de los elementos, manteniendo constante la fuerza inica (Sposito, 2008).

En este punto es razonable recordar que la fuerza inica de la solucin (I) afecta la actividad de los iones (), pues combina el efecto de la concentracin (M=Molaridad) y la carga del in (Z), dado que (Bohn et al., 2001):

= M

donde es el coeficiente de actividad

adems,

log =A Zi2 I


donde A es una constante (0,511)

y

I= Mi Zi2

Basndose en lo anterior, Mc Bride (1994) resalta que las soluciones con una mayor fuerza inica son menos ideales en el sentido que los iones individuales interactan ms fuertemente con los iones vecinos de carga opuesta. Esta atraccin electrosttica generalmente baja la concentracin efectiva de los iones, es decir su actividad.

A medida que la concentracin de las sales aumenta, es decir que existe una mayor fuerza inica, la superficie de intercambio se vuelve ms selectiva por los cationes de menor valencia; entretanto la dilucin favorece la retencin de los iones con mayor carga. En los estudios de isotermas binarias de intercambio, el efecto del incremento de la fuerza inica se refleja en una mayor distancia de las curvas con respecto a la lnea de nopreferencia (Essington, 2004).

De acuerdo con Feigenbaum et al. (1991), los intercambios que tienen lugar en el suelo entre Ca2+, Mg2+, K+ y Na+, ocurren de manera simultnea; sin embargo, la mayora de la informacin publicada se obtiene a partir de sistemas binarios. Aunque los aspectos tericos que soportan la validez de los coeficientes de selectividad para sistemas ternarios, obtenidos a partir de sistemas binarios, todava no han sido bien esclarecidos, las diferencias encontradas hasta ahora entre los dos sistemas no son significativas. Para soportar lo expuesto, Feigenbaum et al. (1991) se basaron en una alta correlacin entre los coeficientes de selectividad obtenidos en dos suelos calcreos. En una investigacin realizada sobre suelo esmecttico en torno a modelos binarios y ternarios de CaKNa, Wada y Seky (1994) obtuvieron resultados similares para el intercambio KCa, ms no para NaCa.

Concientes del efecto de la fuerza inica en la selectividad catinica, pero con miras de dar un paso hacia la realidad de intercambios que ocurren en la naturaleza de manera simultnea, Loyola y Pavan (1989) proponen una metodologa en la que se estudia el intercambio catinico a travs de tratamientos (soluciones de intercambio) con diferentes fuerzas inicas (1, 2, 4 y 8 mmol L1) y concentraciones de Ca2+, Mg2+ y K+ (0,25; 0,50; 1,00 y 2,00 mmolc L1), pero manteniendo siempre una relacin molecular entre los cationes igual a 1,0. Entre las ventajas adicionales de dicha metodologa se puede resaltar el menor nmero de tratamientos, lo cual facilita el estudio para un mayor nmero de suelos.

Segn Goulding (1983), la constante termodinmica de intercambio (Kex) o la energa libre de intercambio ( o

exG ) exponen mejor la selectividad, es decir la afinidad relativa del intercambiador por un catin. De acuerdo con Sparks (2003), una de las ventajas de emplear estos parmetros radica en que no son afectados por la fuerza inica de la solucin.

La constante termodinmica de equilibrio (Keq) o de intercambio (Kex) resulta de (Essington, 2004; Sparks, 2003):


=1

0 AVexE d Kln Kln ,

donde el coeficiente de selectividad de Vanselow (KV) y la fraccin equivalente del catin A (A), son integrados bajo la curva para valores de A desde 0 hasta 1. En el estudio del intercambio catinico AB, la fraccin equivalente A corresponde a la proporcin relativa del catin A en la fase intercambiable frente a la suma de A y B, as: [A/(A+B)].

La energa libre estndar de intercambio de Gibbs ( oexG ) expresa la selectividad general o conjunta

de un intercambiador a temperatura y presin constantes, e independiente de la fuerza inica. Para su clculo se emplea la siguiente frmula (Essington, 2004; Sparks, 2003):

ex

o Kln RTGex = ,

donde R es una constante de los gases (8,314 J mol1 K1) y T, la temperatura (se asume que T=293 K). Para el intercambio KCa un valor negativo de o

exG podra indicar que el producto o K+ es

preferido, mientras que un valor positivo indicara que se prefiere el reactante, por ejemplo Ca2+.

1.4 Efecto de las aplicaciones de Ca, Mg y K sobre sus contenidos en el suelo

En ocasiones la aplicacin de las diferentes relaciones de Ca:Mg en forma de cales (carbonatos) no logran variaciones proporcionales de estos elementos en el suelo de acuerdo con las cantidades aplicadas; comportamiento que se ha relacionado con las diferencias en la solubilidad de las fuentes empleadas (Oliveira, 1993; Bll y Nakagawa, 1995; Oliveira y Parra, 2003), y la selectividad del in (Bll y Nakagawa, 1995). En otras oportunidades se reportan interacciones entre estos dos elementos (Lopera et al., 1979; Silva, 1980), o el efecto amortiguador del suelo (Oliveira, 1993).

Defelipo y Braga (1983) se basaron en la influencia del encalado sobre el incremento de la CIC para evaluar la adsorcin de K+ en diez suelos procedentes del Estado de Minas Gerais (Brasil), clasificados como Latosoles. Para corregir la acidez se utiliz una mezcla de CaCO3 y MgCO3 en relacin 4:1, y como fuentes de K+ se emplearon cloruro, fosfato y sulfato. Con el encalamiento se increment la adsorcin de K+, independiente de la fuente utilizada. Cuando no se encal fue mayor la adsorcin de K+ con fosfato y sulfato que cloruro, sin que hubiera diferencias entre las primeras dos fuentes. El aumento de la adsorcin de K+ debido al encalamiento se relacion con dos hechos, el primero la mayor facilidad de K+ para sustituir Ca2+ que Al3+ en el complejo de cambio; el segundo estara relacionado con el aumento de las cargas negativas por la elevacin del pH. Los suelos presentaron gran variacin en la adsorcin de K+, tendencia que no se correlacion con la CIC ni con el contenido de la materia orgnica del suelo.

Nmeth et al. (1970) evaluaron la relacin entre los contenidos de Ca2+, Mg2+ y K+ en el extracto de saturacin y algunas propiedades del suelo en 72 muestras procedentes de norte de Alemania que presentaban texturas diferentes. La concentracin de Ca2+ y Mg2+ en el extracto se increment


con el aumento de la fraccin intercambiable, independiente de la textura del suelo. Un comportamiento similar fue observado para el K+, pero solamente cuando los suelos se clasificaron por su textura; la pendiente de la lnea de regresin resultante de la concentracin de K+ en la solucin y el K+ intercambiable fue ms bajo en los suelos con mayor contenido de arcillas y limos. Los coeficientes de la ecuacin de Gapon, calculados a partir de K+ y Ca2+ intercambiable, y su correspondiente en el extracto, vari en un rango amplio; estos se incrementaron con una reduccin de la concentracin de K+ de la solucin y fueron mayores en los suelos limo arenosos y francos que en los arenosos y areno limosos.

Jarvan (2004) emple mezclas de cales y otros materiales para corregir problemas de acidez de turberas y modificar as las relaciones entre las bases intercambiables en suelos de Estonia. Los contenidos y las relaciones entre Ca2+, Mg2+ y K+ variaron dependiendo del tipo de material encalante empleado.

Henao y Delvaux (1998) estudiaron la dinmica de K+ y Mg+ en diez suelos de la zona cafetera central colombiana, mediante tcnicas de intercambio. El nmero de sitios de adsorcin selectiva de K+ vari dependiendo del tipo de suelo. Entre los Andisoles, las unidades Chinchin en Caldas y Fresno se distinguieron por una cantidad muy baja de sitios especficos por K+; mientras que en las unidades Lbano y Montenegro la capacidad de almacenamiento de este elemento fue mucho ms alta, al igual que las unidades clasificados como Alfisoles e Inceptisoles. El poder amortiguador de K+ estuvo estrechamente relacionado con la CICE y del nmero de sitios especficos; el valor de este parmetro creci con el grado de alteracin de los suelos estudiados y de su tenor en arcilla.

Daz (2006) determin en cinco unidades de suelo de la zona cafetera colombiana el efecto de algunas dosis de cal agrcola (1,25; 2,5; 5,0 y 10,0 g dm3 de suelo), sobre las caractersticas qumicas del suelo, empleando una fuente con 51% de CaO y 2% de MgO. Con el incremento de las dosis aplicadas se incrementaron los niveles de Ca2+ extrados con acetato de amonio (CH3COONH4) normal y neutro; pese a ello, la tasa del aumento de este elemento no fue igual en todos los suelos. El comportamiento de la respuesta al Mg2+ present una tendencia cuadrtica en cuatro de los suelos evaluados; tendencia que se relacion con la competencia entre Ca2+ y Mg2+ en dosis altas de Ca.

1.5 Efecto de las variaciones de Ca2+, Mg2+ y K+ en cultivos

1.5.1 Generalidades

La disponibilidad de los nutrientes del suelo para las plantas depende de la cantidad y la naturaleza de estos en la solucin del suelo, y su asociacin con los nutrientes adsorbidos o contenidos en la fase slida. En cuanto a las interacciones negativas o competencias entre los nutrientes y la absorcin por las plantas se refiere, se consideran importantes las siguientes relaciones antagnicas: K+ sobre Mg2+, K+ sobre NO3, Ca2+ sobre Mg2+, H2PO4 sobre Zn2+ y NO3 sobre H2PO4 (Barber, 1995).


El hecho de que las clulas vegetales estn cargadas negativamente, implica la presencia de un exceso equivalente negativo. De esta forma, la especie ms rpidamente absorbida tienden a neutralizar los equivalentes aninicos disponibles reduciendo as la carga electrosttica para los dems cationes. La velocidad de absorcin depende del mecanismo de absorcin y de la concentracin de iones individuales presentes en la solucin nutritiva. Esta reacciones pueden darse por competencia no especfica pero tambin por efectos de competencia entre transportadores (Mengel y Kirkby, 2000).

El flujo de K+ a travs de la membrana puede reducirse severamente en presencia de otros cationes como NH4+, Na+, etc., siendo algunas plantas ms sensibles que otras. Nieves et al. (2007), registran una reduccin del 28% en el crecimiento del tomate, cuando dicho cultivo fue sometido a una alta concentracin de NH4+ en solucin del suelo que contena K+. Los mecanismos asociados a este fenmeno fueron relacionados con la competencia de ambos iones para entrar a la clula. Del mismo modo, Alemn et al. (2009) sostienen que al incrementar la concentracin de Na+ en la raz de algunas especies, se limita sustancialmente la absorcin de otros cationes como el Ca2+ y Mg2+.

Fonseca y Meurer (1997) demostraron que en maz (Zea mays) el K+ puede inhibir la absorcin de Mg2+ cuando la concentracin de este ltimo en la solucin externa es baja, en tanto que el Mg2+ no afecta la absorcin de K+; es ms, su influjo puede aumentarse con las altas concentraciones de Mg2+ en el medio externo. En contraste a lo anterior, Ding et al. (2006), hallaron que un exceso de Mg2+, junto con una baja concentracin de K+, disminuye la actividad de la enzima nitrato reductasa y la concentracin de azcares en las hojas de arroz (Oriza sativa), como consecuencia de un fuerte efecto antagnico; en tal caso, la deficiencia de Mg2+ no se compens por un moderado suministro de K+, pero se acrecent con el exceso de K+, hecho que de acuerdo con los autores sugiere roles especficos de Mg2+, tanto en la produccin de la biomasa seca como en la distribucin de los asimilados de carbono en la planta de arroz.

La disponibilidad de Ca2+, Mg2+ y K+ para las plantas, al igual que otros elementos, est en funcin de su contenido en la fase intercambiable (Factor CantidadQ) y en la solucin (Factor Intensidad); adicionalmente, los coloides de los suelos difieren en su habilidad para mantener la concentracin de los elementos en la solucin (Factor Capacidad), debido a su naturaleza y composicin qumica (Havlin et al., 1999; Mengel y Kirkby, 2000).

Adems de los anteriores factores, muchos autores citados abajo aseguran que la disponibilidad de las bases intercambiables tambin puede afectarse con la proporcin relativa de estos, es decir su cantidad frente a los dems cationes y/o con respecto a la CIC (determinada analticamente) o CICE (CIC efectiva, determinada por la suma de Ca2+, Mg2+, K+, Na+ y Al3+).

Una de las investigaciones pioneras (quizs la primera) sobre el tema fue desarrollada por Bear y Toth (1948), quines analizaron la influencia de Ca2+ sobre la disponibilidad de otros cationes del suelo. En este trabajo los autores en referencia sustentan que idealmente un suelo debe presentar los siguientes niveles de saturacin de Ca2+, Mg2+ y K+ en el complejo de intercambio para que pueda soportar buenos rendimientos: 65%, 10% y 5% respectivamente. En este mismo orden de ideas las relaciones que se establecen entre estos elementos son: Ca:Mg 6,5:1, Ca:K 13:1 y Mg:K 2:1. Para su afirmacin, Bear y Toth se basaron en los resultados de diversas investigaciones que se desarrollaron en torno a las necesidades y el estatus de estos elementos durante ocho aos en 20 suelos representativos de New Jersey (EUA).


Apoyados en lo anterior se

relaciones de calcion magnesio y potacio

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