5_Listino piante da: Gleditsia Triachantos a Lagerstroemia Indica
Nel sec. XIX nasce la chimica agraria · a number of limiting factors (from Sumner and Farina,...
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Nel sec. XIX nasce la chimica agraria
Liebig esplorò per primo, e con basi scientifiche,i meccanismi con cui le piante si nutrono
Kaliapparat
Liebig formalizzò la “legge del minimo”
La crescita della pianta è controllata dal fattore dicrescita presente in quantità minore rispetto alfabbisogno
La legge del minimo di Liebig
Va tuttavia osservato che la resa agronomica tienecomplessivamente conto e dipende da tutti i fattorilimitanti
Molteplici fattori interconnessi influenzano la produttivitàdelle colture
Clima e morforilievoGiacitura, esposizione,etc
Energia radiante, gas
Piovosità, ET, Taria, ventosità
Caratteristiche genetichee fisiologiche della pianta
Gestione agraria
Fertilità del suolo
Disponibilità nutrienti e proprietà chimiche
Strategie di difesa
Proprietà fisiche
Capacità di ritenzione idrica
Porosità e aerazione
Profondità utile del suolo
Stabilità della struttura
Nutrienti principali
Nutrienti secondari
Micronutrienti
TOC, TN, CSC, pH, etc.Proprietà biologiche
Attività delle comunità edafiche ed enzimi del terreno
Legge della “produttività decrescente” (legge di Mitscherlich)
Quando si apportano al suolo dosi crescenti di unfattore limitante, gli incrementi di resa ottenutisono sempre minori via via che le quantitàapportate aumentano.
Legge della “produttività decrescente” (legge di Mitscherlich)
Curva di Mitscherlich adattata a dati di crescitaottenuti su piantine di mais allevate in serra edesposte a dosi crescenti di apporto azotato.
Relazione empirica tra la risposta di crescita dellapianta (o la resa agronomica) e la concentrazionedel nutriente nei tessuti vegetali
La condizione si realizza quando un solo fattore è limitante e tutti gli altri sono mantenuti costanti
Risposte di crescita di piantine di pino allevate su suolo sabbioso
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
Legge della
“interdipendenza tra i fattori di crescita”
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 = 0.6-1.6 (in mg kg-1), oppure 2-5 (in meq 100 g-1)
Interpretative model illustrating the response of a crop toa number of limiting factors (from Sumner and Farina, 1986)
Interdipendenza tra i fattori di crescita
ne consegue che…
- incrementare un fattore non limitante non aumenta la resa produttiva
-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
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
Classificazione degli elementi nutritivi in relazione allaloro provenienza e quantità assorbita dalla pianta
ELEMENTI NUTRITIVI
Elementi assorbiti dal suolo
Macroelementi Microelementi Accessori
Elementi presi
dall’aria e dall’acqua
Sodio (Na)2
Silicio (Si)3
Cobalto (Co)4
Boro (B)
Rame (Cu)
Ferro (Fe)
Manganese (Mn)
Molibdeno (Mo)
Zinco (Zn)
Cloro (Cl)3
Carbonio (C)
Idrogeno (H)
Ossigeno (O)
Azoto (N)1
Fosforo (P)1
Potassio (K)1
Zolfo (S)2
Calcio (Ca)2
Magnesio (Mg)2
1Elementi nutritivi principali secondo la legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010).
2Elementi nutritivi secondari dalla legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010).
3Il cloro e il silicio non compaiono fra gli elementi della fertilità.
4Il cobalto è incluso fra i microelementi,.
Gli organismi viventi si comportano come sistemialtamente selettivi che concentrano al loro internogli elementi della nutrizione minerale prelevandolidall'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
Gli elementi della nutrizione delle pianteNUTRIENTE 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
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.
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.
Gli elementi della nutrizione delle pianteNUTRIENTE FUNZIONE
Ferro 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
dell'azoto. Interviene nella biosintesi di alcuni complessi vitaminici e delle auxine.
Zinco
Rame Si ritrova nel sito attivo di numerosissimi enzimi. E' coinvolto nei processi di
ossidoriduzione, ed in particolare nel trasporto degli elettroni e nella fotosintesi.
Boro 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.
Molibdeno Cofattore enzimatico nei sistemi di ossidoriduzione dell'azoto.
Cloro Interviene nella fotolisi dell'acqua. Contribuisce a mantenere l'equilibrio
elettrochimico delle cellule. In alcune piante agisce come controione del potassio nel
processo di regolazione dell'apertura stomatica.
Silicio Elemento utile per molte piante. Partecipa all'organizzazione strutturale delle pareti
cellulari. Nelle piante di riso incrementa la resistenza alle infezioni fungine.
Cobalto Essenziale nel processo di fissazione di azoto da parte delle Leguminose.
Nichel Favorisce l'assorbimento del ferro e la germinazione dei semi.
Vanadio Può sostituire il Mo nella fissazione biologica di azoto
Cofattore enzimatico. E' essenziale per il metabolismo dei carboidrati, per la sintesi
delle proteine e per l'allungamento degli internodi negli steli.
I nutrienti nel suolo si trovano in forma libera,adsorbita e combinata
Processi di natura chimica, chimico-fisica e biologica ne modulanola disponibilità, cioè la concentrazione nella fase liquida.
La reintegrazione del nutriente è legata allo stabilirsi di equilibridinamici tra le frazioni (pool).
Dinamica dei nutrienti nel suolo
Il nutriente è allontanato dalla fase liquida, viene dinamicamentereintegrato 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 echelati in soluzione (frazione solubile)
facilmente disponibili in tempo breve, se adsorbiti sullesuperfici degli scambiatori (frazione scambiabile)
lentamente disponibili, se combinati in forme minerali edorganiche poco complesse o adsorbiti in posizioni pocoaccessibili (frazione lentamente disponibile)
molto lentamente disponibili se coinvolti nella struttura dicomposti molto resistenti all’alterazione e alla mineralizzazione(frazione riserva).
La disponibilità dei nutrienti
Nel suolo i nutrienti si accertano:
- in forma combinata, nei costituenti minerali e organici
- in forma adsorbita, sulle superfici dei minerali argillosi e dellemacromolecole umiche
- in forma libera, come ioni, molecole o chelati.
I fenomeni di natura chimica, chimico-fisica e biologica checoinvolgono le diverse forme dei nutrienti definiscono le reazioni di:
- solubilizzazione e precipitazione
- adsorbimento e desorbimento
- mineralizzazione, organicazione e umificazione.
Il ciclo dei nutrienti nel sistema suolo pianta
Nei suoli coltivati, numerosi processi esercitano influenza sulbilancio dei nutrienti.
Allontanano nutrienti dal suolo:- le asportazioni colturali- la lisciviazione- la volatilizzazione (NH3, N2, N2O)- l’erosione
Apportano nutrienti al suolo:- i processi di alterazione dei costituenti inorganici- i processi di mineralizzazione della sostanza organica- la fertilizzazione- l’azoto fissazione- le precipitazioni atmosferiche
Nutrient-Water Interactions
Soil H2O supply influences nutrient availability and use,
while nutrient supply can influence H2O use.
La NUE (nutrient use efficiency) esprimel’efficienza d’uso di un nutriente (Moll, 1982)
Esprime la quantità di sostanza secca utile ottenuta per unità di nutriente somministrata o per unità di nutriente assimilata.
Il concetto di efficienza è utilizzato per caratterizzarele relazioni che legano gli apporti di nutriente e la resaproduttiva in differenti situazioni (pieno campo,ambiente controllato, fuori suolo) con specificoriferimento alle peculiari caratteristichepedoclimatiche, genetiche e di gestione.
La NUE (nutrient use efficiency) esprimel’efficienza d’uso di un nutriente (Moll, 1982)
NUE =Ns (nutriente fornito)
Gw (sostanza secca)
NtGw
NsNt
NsGw
NUE=uptake efficiency (NUpE) x utilization efficiency (NUtE)
NtTw
TwGw
NtGw
GW/Nt= harvest index x biomass production efficiency
Total biomass produced per unit of fertilizer applied
Multiple interacting environmental and genetic factors
Nutrient Use Efficiency (NUE)
www.uic.edu
NUpE (Uptake)
• Nutrient available form in soil
• Type and form of fertilizer
• Root system architecture
• Transport system
• Microbial interactions at rhizosphere level
NUtE (Utilization)
• Long distance transport
• Nutrient assimilation
P distribuito(kg ha-1)
NUtE(kg kg-1)
NUpE(kg kg-1)
NUE(kg kg-1)
131 60.44 0.63 39.6
262 53.68 0.51 27.1
393 52.18 0.38 19.7
524 44.36 0.34 14.8
655 43.93 0.27 10.9
• Efficienza d’uso del fosforo (come fosfato termico) in piante di riso
(Violante, 2013)