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Agro 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos

9- Micronutrientes (Hierro, Manganeso, Zinc, Cobre)

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1. Identificar los minerales que forman los micronutrientes y que influyen sobre su disponibilidad en suelos

2. Describir las transformaciones (solubilizacion, precipitacion, adsorcion, etc..) de los micronutrientes mas importantes en suelos.

3. Identificar las formas que existen los micronutrientes en suelos y plantas.

4. Describir las funciones de Fe, Mn, Zn, Cu, B, Cl y Mo en el metabolismo de la planta y la relación que existe entre la función y síntomas de deficiencia.

5. Identificar los factores de suelos y manejo que influyen sobre la disponibilidad de los micronutrientes para las plantas.

6. Reconocer las concentraciones típicas de Fe, Mn, Zn y Cu en suelo y en solución.

7. Describir la influencia de las propiedades del suelo y manejo en la disponibilidad de los micronutrientes que provienen de los fertilizantes.

8. Saber diagnosticar el estatus de los micronutrimentos en suelo y planta

9. Explicar el rol de la materia organica y las sustancias organicas en la disponibilidad de Fe, Mn, Zn y Cu

10. Explicar el rol de factores del suelo como humedad, temperatura, potencial redox, reacción del suelo sobre la disponibilidad de los micronutrientes

Objetivos

2

3

9.1. Información general, hierro (Fe) • Cuarto elemento mas abundante en suelos (O, Si, Al, Fe)• Fe total en suelos, 0.5 a 50 % (promedio = 3 a 4%)• Gran parte del Fe se encuentra en minerales• Las deficiencias mas comunes se encuentran en suelos calcareos• Es inmovil en la planta• Se puede absorber como Fe2+ o Fe3+

• Fe es un componente estructural de – Moléculas de porfirina (envueltas en procesos fotosintéticos)

• Citocromos• Hemes• Hematina• Ferricromos• Leghemoglobina• Síntomas de deficiencia

• Factores genéticos de la planta influyen grandemente sobre la utilización• Niveles tipicos foliares varia entre 50 y 250 ppm

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Manganeso (Mn), información general• Mn total en el suelo: 200 - 1000 ppm Mn+2 , con un promedio de 600

ppm

• Mn ocurre en suelo como óxidos e hidróxidos revistiendo partículas de suelo. También se encuentra entremezclado con óxidos de Fe

• Los procesos mas importantes en este ciclo son los de oxidación-reducción y la quelatación de Mn con ligandos orgánicos

• Los factores del suelo que afectan la disponibilidad para las plantas son pH, redox y complejamiento

• Rango en plantas varía de 20 – 500 ppm

3

5

Zinc (Zn), información general• Zn total en el suelo 10 - 300 ppm Zn2+ (promedio 50 ppm)

• Zn es absorbido por la planta como Zn2+

• Existe en el suelo en la solución, adsorbido, minerales primarios y secundarios

• Deficiencias nutricionales son común en arroz, maíz, sorgo, soya, vegetales, frutales (cítricos), plátanos

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Cobre (Cu), información general

• Cu total en el suelo: 1 - 70 ppm

• Deficiencias de Cu son muy poco común

• Se observan a veces en Histosoles

• Uso de fungicidas provee Cu

4

7

9.2. Ciclo de micronutrientes (Fe, Mn, Zn y Cu)

8

9.2.1. Minerales Formas de Fe en suelos

Diagramas de solubilidad demuestran como la concentración de Fe en solución en función del pH del suelo o potencial redox

• Minerales primarios– Fe - Magnetita (Fe3O4) y Oliveno

(MgFe)2SiO4

• Minerales secundarios– α-Hematita, -Maghemita (Fe2O3)– α -Goetita, -lepidocrocita (FeOOH)– Fe amorfo Fe(OH)3

– Siderita, FeCO3– Fe(OH)2

+

– FeOH2+

• Aluminosilicatos laminares

5

9

Minerales Formas de Mn en sueloMinerales• hausmanita (Mn3O4)• *manganita (MnOOH)• *pirolusita (MnO2)• rodocrosita (MnCO3)• Mn(OH)2

• MnS (bajo condiciones reductora)* mas abundante

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MineralesFormas de Zn en suelo

• Zn(OH)2

• Smithsonita ZnCO3

• Zincita ZnO• Willemita Zn2SiO4

• Franklinita ZnFe2O4

• Hopeita Zn3(PO4)2

6

11

Minerales Formas de Cu en sueloMineral• CuCO3

• Cu(OH)2

• Malaquita (Cu2(OH2)CO3)

• chalcopirita (CuFeS2)

• chalcocita (Cu2S)

• “cupric ferrite” (CuFe2O4)

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9.2.2. Solución del suelo Concentración relativa de los micronutrientes

7

13

Solución del suelo Fe

• La solubilidad de los minerales es baja, concentración en solución es 10-6 a 10-24

M • Especiación: Fe en solución está

principalmente en forma de Fe(OH)2+

• En suelos agrícolas la concentración de Fe3+ es mayor que Fe2+

Especiación de Fe en solución

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Solución del suelo, Fe

• La concentracion en solucion debido a la solubilidad de los minerales no es suficiente para satisfacer el requisito nutricional de la mayoria de las plantas

• La concentración en solución es influenciada grandemente por el pH (∆1 pH = 1000 Fe)Fe(OH)3 + 3H+ <-------> Fe3+ + 3H2O

8

15

Solución del sueloMn• Existen muchas especies en solución • La concentración en solución está controlada principalmente

por MnO2• Especiación: La forma (especie) más comun es Mn2+

• La mayor proporción de Mn en solución está complejada con compuestos orgánicos

• Concentración disminuye 100 veces cuando el pH aumenta una unidad

• La conentración en solución es afectada grandemente por pH y potencial redox

16

Solución del sueloZn

• Concentración de Zn en solución es muy baja 2 - 70 ppb debido al control de los minerales– Mas de la mitad del Zn está complejada con compuestos

orgánicos – A pH < 7.7 Zn+2 es la especie predominante en solucion,

mientras que a pH >7.7 la especie principal es ZnOH+

– Concentración de Zn disminuye 100 veces cuando el pH aumenta una unidad

– Difusión es el mecanismo principal para transporte de Zn en el suelo a la raíz

9

17

Solución del sueloCuCu en solución• Concentración en solución es usualmente muy baja ( 10-6 a 10-8

M)• Concentración en solucion disminuye con aumento en pH • Especiación con pH:

– pH < 7 – Cu2+; pH >>7 Cu(OH)20

• Forma de llegar a la planta a través del suelo es mayormente por difusión

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9.2.3. Adsorción de Fe, Mn, Zn, CuFe, Mn, Zn, Cu se adsorben a superficies coloidales con carga

materia orgánica, arcillas

Fe y Mn adsorbido• Se adsorbe como Fe2+ y Mn2+principalmente• La cantidad intercambiable es muy baja

Zn adsorbido• Adsorción en superficies de óxidos• Se adsorbe en superficies normalmente ocupadas por Mg• Se adsorbe a CaCO3, MgCO3, en suelos calcareos

Cu adsorbido• Cu2+ se adsorbe superficies negativamente cargadas

arcillas, materia orgánica, óxidos de Fe, Al, y Mn• Enlaces Cu-O-Al o Cu-O-Fe• Aumenta con aumento en pH

10

19

9.3. Factores que afectan la disponibilidad

• Reacción del suelo– Acidez– Carbonatos

• Humedad del suelo– Aireación, potencial redox– Compactación y textura del suelo

• Interacción con otros nutrientes

• Materia orgánica– Reserva – Quelatación

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9.3.1. pH - Fe• Las deficiencias nutricionales son mas comunes cuando el suelo tiene

un pH >> 7 (suelos calcáreos)

• La solubilidad de los minerales disminuye con aumento en pH del sueloFe(OH)3 + 3H+ <-------> Fe3+ + 3H2O

• Fe puede formar fases solidas en suelo como por ejemploCaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3

-

Fe2+ + HCO3- Fe(HCO3)2

• Condiciones específicas: alta humedad del suelo, aereación pobre, suelo calcareo

11

21

Potencial redox

• Oxidación-reducción (redox) de un elemento es función de los electrones en el sistema

• Sistema con muchos electrones está reducido

• Se mide con un electrodo de platino (Pt)

• Ocurre transferencia de electrones entre las especies• Ej. O2-H2O; NO3

--NH4+; Fe2+-Fe3+; H2O, SO4

2-

O2 + 4e- + 4H+ 2H2OFe2+ Fe3+ + e-

neta: 4Fe2+ + O2 + 4H+ Fe3+ + 2H2O

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Fe - potencial redox

• Aumento en la humedad del suelo promueve disminución de O2 y reducción en Eh (+600 0 mV)

• Fe2+ + 1/2O2 + 3H2O -----> 2FeOOH + 4H+ (oxidación)

• Fe(OH)3 + 3H+ + e- Fe2+ + 3H2O (reducción)

• Puede ocurrir en suelos compactados (textura fina) y con pobre drenaje

• Bajo condiciones reducidas (Eh muy negativo), la movilidad de Fe2+ es

mucho mayor que la de Fe3+

12

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Mn – pH

pH• Ocurre una disminución de Mn en solución y también de Mn

intercambiable a través de precipitación como MnO2

• (∆1 pH = 100 Mn solución)

• Encalar suelos ácidos puede disminuir la disponibilidad de Mn

• Toxicidad de Mn es mas común a pH de 4.5-5.5

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Mn - potencial redox

Oxidación-Reducción• Mn aumenta bajo condiciones reductoras (Mn4+ Mn2+)• Esto puede ocurrir en suelos inundados permanentes o inundados

ocasionalmente, al igual que en la rizoesfera por medio de las reacciones:

Mn+2 + O2 + 2H2O MnO2 + 4H+ (oxidación)

MnO2 + 4H+ +2e- Mn+2 + 2H2O (reducción)

13

25

Zn pH• Disponibilidad disminuye con aumento en pH

– (∆1 pH = 100 Mn solución)– A pH alto se precipita como ZnFe2O4 y ZnCO3 y silicatos– Altos niveles de HCO3

- en el suelo puede interferir en la absorción de Zn+2 por la planta

– Adsorción de Zn en superficies de óxidos

Redox• Disponibilidad de Zn disminuye bajo condiciones reductoras

– Debido principalmente a la formación de fases sólidas (ZnFe2O4y ZnS)

– También el pH aumenta en suelos inundados

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9.3.2. Interacción con otros nutrientes• Deficiencia de Fe (u otros) por exceso de Mn, Zn, Cu en suelo• Sideróforos (Fe)• Disponibilidad de NH4

+ y K+ (balance iónico celular) • Casos de clorosis por deficiencia de Fe en suelos altos en Mn

• Estos son utilizados por el mismo mecanismo y ocurre competencia iónica

• Posibilidad de fase sólida P-Zn

14

27

Interaccion con otros nutrientes y entre sí• Casos de clorosis por deficiencia de Fe en suelos altos en Mn• Deficiencia de Fe por exceso de Mn, Zn, Cu • Posibilidad de fase sólida P-Zn• Desbalance entre Fe, con relación al requisito nutricional de la planta

• Estos son utilizados por el mismo mecanismo y ocurre competencia iónica

• Cultivo sensitivos y tolerantes a baja disponibilidad (la lista es muy variada y confusa)• Excreción de H+ en rizoesfera• Excreción de ácidos orgánicos• Transporte de Fe en la planta interacción con HCO3-

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9.3.3. Materia (sustancias) organica• ligando – sustancia con

carga negativa (puede ser organica) que tiene dos o mas puntos de enlace disponible para unirse a un metal

• quelato - el ligando + metal –la unión de un ligando a un metal para formar una molécula con un anillo

• Q- + MN+n Q-MN

• Por lo tanto adición de estiércol o abonos orgánicos mejora la disponibilidad de Fe

15

29

Ejemplos de ligandos orgánicos

30

Estabilidad de agentes chelatantes sintéticos con Fe

Proporción de metales asociado con DTPA

16

31

Estabilidad de metales con DTPA y EDTA

32

Efectos de la materia organica• Efecto positivo sobre la estructura del suelo• Mejora las relaciones hídricas del suelo• Reserva de micronutrientes (estiercol, residuos vegetativos, materia

orgánica)• Mejoría en la disponibilidad (Fe, Mn, Zn, Cu)

– Depende del agente quelatante y pH del suelo• Disminución en disponibilidad

• Cuando la afinidad del agente quelatante es muy fuerte con Zn y Cu• Suelos con >30% de MO

• Aplicación de agentes quelatantes naturales y sintéticos, residuos orgánicos, abonos verdes mejoran la disponibilidad

17

33

9.4. Indices de disponibilidad 9.4.1. Analisis foliar

• Analisis foliar

34

9.4.2. Análisis de suelo

Metodologías relevantes1. Lindsey y Norvell, 1978

• DTPA + 0.1M TEA (pH 7.30) + 0.01M CaCl22. AB-DTPA Soltanpour y Schwab, 1977; Havlin y

Soltanpour, 1981.• NH4HCO3 + DTPA

3. Mehlich 1 “double acid” (Mehlich, 1953)• 0.05 N HCl + 0.025 N H2SO4

4. Mehlich 3 (Mehlich, 1984) • 0.2 M CH3COOH, 0.25 M NH4NO3, 0.015 M NH4F,

0.013 M HNO3, y 0.001 EDTA5. 0.1 N HCl

18

35

Análisis de suelo (interpretación generalizada)

>0.4>8<0.4<8

-----------------------------------Mehlich-3-------------------------Bajo (deficiente)Alto (suficiente)

>0.5>3>9Alto (suficiente)-----------------------------------0.1 N HCL-------------------------

<5Bajo (deficiente)>5Alto (suficiente)

----------------------------------Mehlich-1---------------------------<0.5<3<9Bajo (deficiente)

--------------------------------------DTPA-----------------------------

>0.2>1.0>1.0> 4.5Alto (suficiente)< 2.5

-----------------------ppm--------------------Fe

<1.0

Mn

<0.5

Zn

<0.2

Cu

Bajo (deficiente)

Categoria

36

9.5. Estrategias de manejo y factores que influyen sobre la disponibilidad• Reducir el pHsuelo con S

– no es practico a grande escala pero puede ser beneficioso en aplicaciones en banda

• Utilizar fertilizantes que acidifican

• Abonos verdes y residuos organicos*****

• Aplicaciones foliares (mayor grado) y al suelo (menor grado)

• Fuente de N (amonio vs. nitratos)

• K en exceso de requisitos nutricionales

19

37

Condiciones de suelos más comunes asociadas a deficiencias• Suelos arenosos, calcáreos

• Suelos con altos niveles de P (interacción con Zn)

• Suelos orgánicos (retención de Cu y Zn)

• Subsuelos expuestos o que se le haya removido la capa arable (horizonte A)

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9.5. Fuentes de Fe, Mn, Zn, CuSulfatos

• FeSO4 • 7H2O (20% Fe)• MnSO4 •4H2O (24% Mn)• ZnSO4 H2O (35% Zn) • CuSO4•5H2O (26% Cu)

Quelatos (disponibilidad depende de la estabilidad con el metal)• Fe: EDDHA (6%Fe) > Fe-DTPA (10%Fe) > Fe-EDTA (13.2%)• Mn – EDDHA, EDTA (13%Mn)• Zn – Zn-DTPA, EDTA (14.5%Zn)• Cu – DTPA, EDTA (13%Cu)• otros

Oxidos• Fritted trace elements (FTE) • Formulación de una mezcla típica de FTE: Fe (13.95%), Mn (11.25%),

Zn (10.7%), Cu (5.0%), B(1.65%)

Otros• “Five-star based” (Granusol-Fe, Mn, Zn, Cu, B)

20

39

9.6. Formas de aplicaciónSuelo• Riego por goteo (fertigación), granulado • Inmovilizacion de sulfatos y oxidos, especialmente en suelos pH>7.3• Posible inmovilizacion, con quelatos (depende del tipo)• Aplicar mayor cantidad que foliar • Menor riesgo de toxicidad

Foliar• Aplicar en etapas tempranas de crecimiento• Conlleva hacer aplicaciones repetidas• Dosificación es muy importante por la posibilidad de toxicidad

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9.7. Niveles de aplicación (Fe)Foliar Fe:• Aplicar hasta que los síntomas desaparezcan• Solución de < 0.3 % Fe en forma de quelatos o 0.05 - 0.5% Fe en forma de

sal para mojar bien el follaje• La recomendación varia según el cultivo y el producto• Sulfato

• 0.3 - 2 kg Fe/ha/aplicación como FeSO4• 1.5% FeSO4 = 0.3% Fe = 1.25 lb Fe/acre

• Quelato• 0.05 - 0.2 lb Fe /ac/aplicación en forma quelatada

• 1 lb DTPA-Fe/acre = 0.1 lb Fe/acre

Suelo Fe• Sulfato

– no recomendado• Quelato

– Entre 0.2 a 0.4 lb Fe/acre (varía segun el producto)

21

414.181.0000.100101.000

2.090.5000.05050.500

0.840.2000.02020.200

0.420.1000.01010.10010%Fe

0.210.0500.0050.50.050Fe-DTPA

4.182.7000.270101

2.091.3500.13550.500

0.840.5400.05420.200*

0.420.2700.02710.10027%Mn

0.210.1350.0140.50.050Sulfato de manganeso

6.275.2500.525151.5

2.091.7500.17550.500

0.840.7000.07020.200***

0.420.3500.03510.10035%N

0.210.1750.0180.50.050Sulfato de zinc

6.273.0000.300151.5

2.091.0000.10050.500

0.840.4000.04020.200***

0.420.2000.02010.10020%Fe

0.210.1000.0100.50.050Sulfato de hierro

lbs material en 50gal/cda (lb/cda)g elemento/L

% elemento en solucion

g material/L

% material en solucionMaterial

42

Niveles de aplicación (Zn)Aplicaciones• Añadir 3 - 10 lb Zn/acre para sulfatos (suelo)• añadir 0.2 - 2 lb Zn/acre como quelatos (suelo)• Aplicación foliar de quelatos se utilizan en viveros de árboles. • Fungicidas en ocasión tienen alto contenido de Zn, y también desechos

orgánicos

22

43

Ej. Aplicacion de abono 1000 kg/ha con 5% EM, donde los EM provienen de FTE Fe (13.95%), Mn (11.25%), Zn (10.7%), Cu

(5.0%), B(1.65%)

44

Productos

0.000.044.00.253.00.010.041.004.00EDTA, Lignosulphonates,

humic substancesGBMPoliquel Multi

0.000.000.750.753.50.000.161.500Alpha-keto acids and

humic acidsMorseKey Plex 350

0.000.054.70.9000.200.500MannitolClawElManni-Plex (Nutrition

Plus for Corn)

0.0002.13.20.30.010.2000MannitolClawElManni-Plex (Nutrition

Plus for Beans)

0.051.51.54.04.00.100.505.430EDTAMillerMicroplex

CoCuZnMnFeMoBMgSAgente QuelatanteCompañiaProducto

23

45

Cantidades aplicadas (algunos productos)Asumir recomendación etiqueta y 50 gal/acre

0.0000.0020.1760.0110.1320.0000.0020.0442Poliquel Multi

0.0000.0000.0330.0330.1540.0000.0070.0662Key Plex 250

0.0000.0020.2070.0400.0000.0000.0090.02224Manni-Plex (Nutrition Plusfor Corn)

0.0000.0000.0920.1410.0130.0000.0090.0002Manni-Plex (Nutrition Plus for Beans)

0.0010.0150.0150.0400.0400.0010.0050.0541Microplex

--------------------------------lbs/acre/aplic--------------------------------

CoCuZnMnFeMoBMglb/acrequarts/acrepints/acreProducto

Recomendacion

46

Proporciones

0.011.00.10.8Poliquel Multi-0.20.21.0Key Plex 350 0.011.00.2-Manni-Plex (Nutrition Plus for Corn)

-0.71.00.1Manni-Plex (Nutrition Plus for Beans)0.40.41.01.0Microplex

CuZnMnFe

24

47

Caso de estudio

A NS

Central East South Central East South

pH7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

Org

anic

mat

ter (

%)

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

BEx

trac

tabl

e Fe

(mg/

kg)

0

2

4

6

8

10

Extr

acta

ble

Mn

(mgk

g)

0

1

2

3

4Ex

trac

tabl

e Zn

(mg/

kg)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Extr

acta

ble

Cu

(mg/

kg)

0

2

4

6

8

10

a ab a ab

abb ab c

a a b

Central East SouthCentral East South

48

Variabilidad espacial

25

49

50

26

51

Investigaciones realizadas (Fe, Mn, Zn, Cu)

• Platanos: en un Ultisol de Lares (aplicaciones de Fe y Zn)• Piña: aspersiones foliares en forma de sulfatos (Fe) y quelatos

(Fe) aumentaron rendimientos • Badillo-Feliciano y Lugo López (1980) encontraron que una

aplicación de 3.3 kg Zn/ha como ZnSO4 fueron suficientes para obtener un rendimiento óptimo en maíz en un Oxisol de Isabela. Batatas no respondieron a aplicaciondes desde 0 a 8.97 kg Zn/ha.

• A pesar de que los suelos orgánicos en Florida y NJ han respondido favorablemente a las aplicaciones de Cu, en un experimento realizado el Tiburones orgánico de P.R., no hubo respuesta a la aplicación

52

Bibliografia

• Badillo-Feliciano, J., and M.A. Lugo-Lopez. 1980. Differential response of corn and sweet potatoes to Zn applications in an Oxisol in Northwestern P.R. J. Agric. Univ. P.R. 64: 482-488

• Landrau, P., and G. Samuels. 1956. Results of lime and minor-element fertilizer research in Puerto Rico, 1949-50. J. Agric. Univ. P.R. 40: 224-234.

• Lindsay, W.L. y W.A. Norvell. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci.Soc. Am. J. 42: 421-428

• Mehlich, A. 1953. Determination of P, K, Na, Ca, Mg, and NH4. Soil test Div. Mimeo. North Carolina Dep. Agric. Raleigh.

• Mehlich, A. 1984. Mehlich 3 Soil test extractant: A modification of the Mehlich 2 extractant. Comm. Soil Sci. Plant Anal. 15: 1409-1416.

• Soltanpour, P.N. y A.P. Schwab. 1977. A new test for simultaneous extraction of macro and micro-nutrients in alkaline soils. Comm. Soil Sci. Plant. Anal. 8: 195-207.

• Havlin, J.L. y P.N. Sontanpour. 1981. Evaluation of the NH4HCO3-DTPA soil test for Iron and Zinc. Soil Sci. Soc. Am. J. 45: 70-75.