Nel sec. XIX nasce la chimica agraria

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Mirella Ruggiero
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1 Nel sec. XIX nasce la chimica agraria Kaliapparat Liebig esplorò per primo, e con basi scientifiche, i meccanismi con cui le piante si nutrono

2 Liebig formalizzò la legge del minimo La crescita della pianta è controllata dal fattore di crescita presente in quantità minore rispetto al fabbisogno

3 La legge del minimo di Liebig Va tuttavia osservato che la resa agronomica tiene complessivamente conto e dipende da tutti i fattori limitanti

4 Legge della produttività decrescente (legge di Mitscherlich) Quando si apportano al suolo dosi crescenti di un fattore limitante, gli incrementi di resa ottenuti sono sempre minori via via che le quantità apportate aumentano.

5 Legge della produttività decrescente (legge di Mitscherlich) Curva di Mitscherlich adattata a dati di crescita ottenuti su piantine di mais allevate in serra ed esposte a dosi crescenti di apporto azotato.

6 Relazione empirica tra la risposta di crescita della pianta (o la resa agronomica) e la concentrazione del nutriente nei tessuti vegetali La condizione si realizza quando un solo fattore è limitante e tutti gli altri sono mantenuti costanti

7 Legge della interdipendenza tra i fattori di crescita Risposte di crescita di piantine di pino allevate su suolo sabbioso

8 Legge della interdipendenza tra i fattori di crescita Incrementare un fattore non limitante non aumenta la resa Esiste un rapporto di interdipendenza tra fattori di crescita

9 Interdipendenza tra gli elementi nutritivi della pianta

10 Interdipendenza tra gli elementi nutritivi della pianta: il rapporto Mg/K Un rapporto equilibrato tra i due cationi nel suolo si realizza quando Mg/K = (in mg kg -1 ), oppure 2-5 (in meq 100 g -1 )

11 ne consegue che - incrementare un fattore non limitante non aumenta la resa - esiste un rapporto di interdipendenza tra fattori di crescita - gli elementi nutritivi sono assimilati secondo rapporti stechiometrici ben definiti - la carenza di un nutriente, sebbene tutti gli altri siano alle idonee concentrazioni, fa si che la biosintesi di un composto o lo svolgersi di un processo fisiologico non avvengano

12 Gli elementi della nutrizione delle piante

13 Gli elementi della nutrizione delle piante

14 Gli organismi viventi si comportano come sistemi altamente selettivi che concentrano al loro interno gli elementi della nutrizione prelevandoli dall'ambiente circostante 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

15 Classificazione degli elementi nutritivi in relazione alla loro provenienza e quantità assorbita dalla pianta ELEMENTI NUTRITIVI Elementi presi Elementi assorbiti dal suolo dall aria e dall acqua Macroelementi Microelementi Accessori Carbonio (C) Idrogeno (H) Ossigeno (O) Azoto (N) 1 Fosforo (P) 1 Potassio (K) 1 Zolfo (S) 2 Calcio (Ca) 2 Magnesio (Mg) 2 Boro (B) Rame (Cu) Ferro (Fe) Manganese (Mn) Molibdeno (Mo) Zinco (Zn) Cloro (Cl) 3 Sodio (Na) 2 Silicio (Si)3 Cobalto (Co) 4 1 Elementi nutritivi principali secondo la legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010). 2 Elementi nutritivi secondari dalla legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010). 3 Il cloro e il silicio non compaiono fra gli elementi della fertilità. 4 Il cobalto è incluso fra i microelementi,.

16 Gli elementi della nutrizione 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.

17 Ferro Gli elementi della nutrizione delle piante 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

18 I nutrienti nel suolo si trovano in forma libera, adsorbita e combinata Processi di natura chimica, chimico-fisica e biologica ne modulano la disponibilità, cioè la concentrazione nella fase liquida. La reintegrazione del nutriente è legata allo stabilirsi di equilibri dinamici tra le frazioni (pool).

19 Valori medi della concentrazione di alcuni nutrienti nella sostanza secca delle piante

20 La NUE (nutrient use efficiency) esprime l efficienza d uso di un nutriente (Moll, 1982) NUE = Gw (sostanza secca) Ns (nutriente fornito) Gw Ns Nt Ns Gw Nt NUE = uptake efficiency x utilization efficiency Gw Nt Gw Tw Tw Nt G W /N t = harvest index x biomass production efficiency

21 La NUE varia in relazione a Fattori intrinseci genotipo età fase fenologica Fattori estrinseci condizioni ambientali fattori pedoclimatici condizioni colturali formulazione concime

22 Una maggiore efficienza nell utilizzazione di un nutriente da parte della pianta può essere ottenuta attraverso la selezione genetica maggiore produttività alla stessa dose di nutriente stessa produttività a più basse dosi di nutriente

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