Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante

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Rachele Cavalli
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1 Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante

Elementi essenziali ed elementi utili Secondo Arnon e Stout (1939) un nutriente è essenziale: - se la sua assenza non consente alla pianta di completare il suo ciclo vegetativo, causando crescita

2 Elementi essenziali ed elementi utili Secondo Arnon e Stout (1939) un nutriente è essenziale: - se la sua assenza non consente alla pianta di completare il suo ciclo vegetativo, causando crescita anormale o morte prematura - se le sue specifiche funzioni non possono essere sostituite da nessun altro elemento - se svolge un ruolo unico e diretto nel metabolismo della pianta Un nutriente è utile se può: - compensare gli effetti tossici di altri elementi - sostituire un nutriente essenziale in alcune funzioni metaboliche non specifiche

3 Gli elementi della nutrizione delle piante

4 Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante

Gli organismi viventi si comportano come sistemi altamente selettivi che concentrano al loro interno gli elementi della nutrizione minerale prelevandoli dall'ambiente circostante (aria e suolo).

5 Gli organismi viventi si comportano come sistemi altamente selettivi che concentrano al loro interno gli elementi della nutrizione minerale prelevandoli dall'ambiente circostante (aria e suolo). Litosfera Cellula vegetale % (p/p) Ossigeno (O) 46.7 Carbonio (C) 45 Silicio (Si) 27.7 Ossigeno (O) 45 Alluminio (Al) 8.1 Idrogeno (H) 6 Ferro (Fe) 5.1 Azoto (N) 1.5 Calcio (Ca) 3.7 Potassio (K) 1.0 Sodio (Na) 2.8 Calcio (Ca) 0.5 Potassio (K) 2.6 Magnesio (Mg) 0.2 Magnesio (Mg) 2.1 Fosforo (P) 0.2 Altri 1.2 Zolfo (S) 0.1

7 Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante

Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante Relative numbers of atoms of the essential elements in alfalfa at bloom stage, expressed logarithmically.

8 Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante Relative numbers of atoms of the essential elements in alfalfa at bloom stage, expressed logarithmically. Note that there are more than 10 million hydrogen atoms for each molybdenum atom. Even so, normal plant growth would not occur without molybdenum. [Modified from Viets (1965)]

9 Gli elementi in traccia Le specie chimiche normalmente presenti nei tessuti vegetali ad una concentrazione molto bassa (tra lo 0.01 e meno dello 0.001%) vengono definite elementi in traccia.

10 Gli elementi in traccia Come per molti micronutrienti, la soglia di sufficienza è prossima alla soglia di tossicità.

13 Gli elementi della nutrizione minerale delle piante NUTRIENTE FUNZIONE Carbonio Componente dell'organizzazione molecolare di carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. Ossigeno Come il carbonio è presente in tutti i composti organici delle entità biotiche. Idrogeno Svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo vegetale. E' importante nel definire il bilancio ionico e come principale agente dei processi di riduzione. E' fondamentale nelle relazioni energetiche cellulari. Azoto E' parte integrante di molti composti organici essenziali per la vita delle piante quali proteine, acidi nucleici, ormoni, clorofilla, vitamine ed enzimi. Fosforo Ha un ruolo primario nei meccanismi di trasferimento dell'energia. E' necessario per la germinazione dei semi, per la fotosintesi, per la formazione delle proteine e per quasi tutti i processi di crescita e metabolici della pianta. Potassio Necessario per la sintesi dei carboidrati. Partecipa ai meccanismi di regolazione osmotica e ionica. E' indispensabile per il mantenimento della conformazione attiva di molti sistemi enzimatici. E' coinvolto nella traslocazione dei prodotti della fotosintesi. Calcio E' indispensabile per la divisione e la distensione cellulare. Per la sua capacità di legarsi agli acidi poligalatturonici (pectine) gioca un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'integrità delle membrane cellulari. Magnesio Entra nella struttura molecolare della clorofilla. Attiva numerosi sistemi enzimatici; ed in particolare quelli legati al metabolismo del fosforo. Agisce sulla nutrizione azotata, favorendo la sintesi delle proteine. Zolfo Elemento strutturale di amminoacidi, proteine e vitamine. Come il fosforo può essere coinvolto negli scambi di energia nelle cellule vegetali. Sodio E' coinvolto nella regolazione del tono osmotico e del bilancio ionico delle cellule.

14 Gli elementi della nutrizione minerale delle piante Ferro NUTRIENTE FUNZIONE Cofattore enzimatico, partecipa alla sintesi della clorofilla nei cloroplasti. Regola i meccanismi di crescita delle giovani piante. Manganese Cofattore enzimatico nei processi di fotosintesi, respirazione e metabolismo Zinco dell'azoto. Interviene nella biosintesi di alcuni complessi vitaminici e delle auxine. Rame Si ritrova nel sito attivo di numerosissimi enzimi. E' coinvolto nei processi di Boro Molibdeno ossidoriduzione, ed in particolare nel trasporto degli elettroni e nella fotosintesi. E' necessario per la formazione delle pareti cellulari, per l'integrità delle membrane biologiche e per l'assorbimento del calcio. Può favorire la traslocazione degli zuccheri e degli ormoni. Controlla i processi di fioritura, di germinazione del polline, di fruttificazione e di distensione cellulare. Influenza la nodulazione delle leguminose. Cofattore enzimatico nei sistemi di ossidoriduzione dell'azoto. Cloro Interviene nella fotolisi dell'acqua. Contribuisce a mantenere l'equilibrio Silicio Cofattore enzimatico. E' essenziale per il metabolismo dei carboidrati, per la sintesi delle proteine e per l'allungamento degli internodi negli steli. elettrochimico delle cellule. In alcune piante agisce come controione del potassio nel processo di regolazione dell'apertura stomatica. Elemento utile per molte piante. Partecipa all'organizzazione strutturale delle pareti cellulari. Nelle piante di riso incrementa la resistenza alle infezioni fungine. Cobalto Nichel Vanadio Essenziale nel processo di fissazione di azoto da parte delle Leguminose. Favorisce l'assorbimento del ferro e la germinazione dei semi. Può sostituire il Mo nella fissazione biologica di azoto

15 Gli elementi essenziali e le forme chimiche della nutrizione minerale delle piante

16 I nutrienti minerali si trovano nel suolo in forma libera, adsorbita e combinata Processi di natura chimica, chimico-fisica e biologica ne modulano la disponibilità, cioè la loro concentrazione nella fase liquida.

17 Dinamica dei nutrienti nel suolo Il nutriente è allontanato dalla fase liquida, viene dinamicamente reintegrato in virtù dell equilibrio che si stabilisce tra frazioni (pool) caratterizzate da diverso grado di disponibilità. I pool comprendono i nutrienti: immediatamente disponibili, se presenti come ioni, molecole e chelati in soluzione (frazione solubile) facilmente disponibili in tempo breve, se adsorbiti sulle superfici degli scambiatori (frazione scambiabile) lentamente disponibili, se combinati in forme minerali ed organiche poco complesse o adsorbiti in posizioni poco accessibili (frazione lentamente disponibile) molto lentamente disponibili, se coinvolti nella struttura di composti molto resistenti all alterazione e alla mineralizzazione (frazione riserva).

acqua, le caratteristiche fisico-chimiche del suolo, la quantità di humus, l attività

18 Dinamica dei nutrienti nel suolo µm Il pool dei nutrienti presenti in forma solubile nella fase liquida del suolo è generalmente poco elevata e varia in funzione delle contenuto di acqua, le caratteristiche fisico-chimiche del suolo, la quantità di humus, l attività microbica. La reintegrazione del nutriente è legata allo stabilirsi di equilibri dinamici tra le frazioni (pool).

19 Il ciclo dei nutrienti nel sistema suolo-pianta

20 Asportazioni colturali

21 Quantità di elementi mediamente asportate dal suolo da alcune colture agrarie

22 Perdita di nutrienti per lisciviazione

23 Perdita di nutrienti per lisciviazione

24 Perdita di nutrienti per volatilizzazione

25 Perdita di nutrienti per erosione

26 Apporti per alterazione dei costituenti inorganici Il rilascio di forme solubili di alcuni nutrienti (in particolare K, Ca, Mg, Na, S, B) è correlato all azione dei fattori di pedogenesi operanti di un determinato sito.

27 Apporti di nutrienti per mineralizzazione della SOM Il rilascio di forme solubili di alcuni nutrienti (in particolare N, S, P e micronutrienti) è correlato all azione dei fattori pedoclimatici che controllano il processo di mineralizzazione della sostanza organica del suolo.

28 Apporti di nutrienti per azotofissazione biologica Rappresenta quantitativamente il principale processo di trasferimento dell azoto dall atmosfera alla biosfera.

Apporti di nutrienti per azotofissazione biologica Indagini con 15 N hanno confermato che solo il 2-3% dell N fissato biologicamente può essere rilasciato per mineralizzazione del residuo organico

29 Apporti di nutrienti per azotofissazione biologica Indagini con 15 N hanno confermato che solo il 2-3% dell N fissato biologicamente può essere rilasciato per mineralizzazione del residuo organico nello stessa annata agraria. Nelle leguminose, la mineralizzazione del residuo assicura alle colture in successione un apporto di forme inorganiche di N pari, in regioni temperate umide, a circa kg N ha -1.

Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche La quantità di nutrienti che raggiunge il suolo con le precipitazioni è molto variabile (distanza dal mare, presenza di centri

30 Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche La quantità di nutrienti che raggiunge il suolo con le precipitazioni è molto variabile (distanza dal mare, presenza di centri abitati e insediamenti industriali, vulcani) e raramente è sufficiente a soddisfare l intero fabbisogno nutrizionale della coltura, ma può assicurare apporti significativi di alcuni elementi.

31 Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche Dai dati della stazione campana è evidente il contributo legato alla presenza del vulcano e del mare.

32 Apporti di nutrienti con le concimazioni

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