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 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

Gli elementi della nutrizione delle piante

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).

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 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. 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)]

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.

Gli elementi in traccia

Come per molti micronutrienti, la soglia di sufficienza è prossima alla soglia di tossicità.

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

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 minerale delle piante NUTRIENTE 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.

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

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.

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).

Dinamica dei nutrienti nel suolo

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).

µM

Il ciclo dei nutrienti nel sistema suolo-pianta

Asportazioni colturali

Quantità di elementi mediamente asportate dal suolo da alcune colture agrarie

Perdita di nutrienti per lisciviazione

Perdita di nutrienti per lisciviazione

Perdita di nutrienti per volatilizzazione

Perdita di nutrienti per erosione

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.

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.

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 15N 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 60-80 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 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.

Apporti di nutrienti con le deposizioni atmosferiche

Dai dati della stazione campana è evidente il contributo legato alla presenza del vulcano e del mare.

Apporti di nutrienti con le concimazioni