1

1

AGRO 6505 - Fertilidad de Suelos Avanzada

3- Disponibilidad de nutrimentos en suelo

2

3-1.0 Elementos extraíbles

• 1940’s analisis de suelo se convirtió en herramienta importante para determinar la necesidad de fertilización y encalado

• Mecanización • Resultó en fincas de mayor tamaño• Mayor uso de fertilizantes resultó en mayor costo, mayores

rendimientos• Observación de que las reservas nutricionales del suelo disminuyen

• Los primeros esfuerzos se dirigieron hacia desarrollar tecnicas para identificar deficiencias de P y K en suelo

• Trabajos históricos en PR

• Zerban, F.W. (1913). Las Marismas en la Costa Norte de Puerto Rico. EEA APAPR. Boletin no. 4. Caracterizacion quimica del Caño Tiburones

• Roberts, R.C. (1942) Soil Survey, Puerto Rico

2

3

Análisis de suelos (nutrición de plantas)

• Análisis hecho en suelo para distintos propósitos• En el curso, se aplicará para la evaluación de la fertilidad de

suelos• Utilizados para predecir la probabilidad de obtener

respuesta (incremento en rendimiento) a la aplicación de nutrientes

• Una medida de la concentración química o forma biodisponible para la planta en el suelo

• Debe guardar relación con la cantidad utilizada por la planta• Pero, mas importante, debe guardar relación con el

rendimiento – Valores numéricos no tienen ninguna relación absoluta

con relación a la cantidad del elemento disponible para la planta

4

• Esta sección tiene que ver con el concepto de disponibilidad de nutrientes• Indices quimicos y biológicos de disponibilidad• El uso de métodos biológicos y químicos para estimar

requisitos de fertilización de cultivos

3

5

• Una planta creciendo en una solución nutricional, implica completa disponibilidad y absorción completa, por lo tanto lo que está en la solución está disponible

• En suelo el concepto de disponibilidad está relacionado a una cantidad efectiva (CE)

• La totalidad por un coeficiente de disponibilidad (cantidad efectiva)

• Ejemplo:

6

No-disponible Disponible

Aumento en disponibilidad

Concepto incorrecto de nutrientes “disponibles” como parte de fracciones discretas en el suelo

A B C

Extractante del Suelo

Concepto correcto de disponibilidad de nutrientes como un contiuum en el suelo

Ejemplo de P en suelos

4

7

3-1.1 Desarrollo de índices químicos de disponibilidad

• Métodos biológicos anteceden los métodos químicos (ver Black 272-296).

• Pruebas químicas envuelve obtener un extracto acuoso añadiendo exceso de agua o de una solución

• Expresar el resultado en términos de masa de elemento sobre masa de suelo

• El objetivo ha sido encontrar un reactivo (procedimiento) que se relacione (correlación) con un índice biologico de disponibilidad

• Usualmente hay una base teórica para seleccionar el extractante

Modelo conceptual de disponibilidad de nutrientes

8

Existen tres factores de disponibilidad que pueden ser expresados en términos de medidas químicas del suelo (I, Q, BC)

5

9

3-1.2 Intensidad (I)

• Factor de intensidad está asociado a los nutrientes en la solución del suelo

• Como caracterizar las solución del suelo: existen varios métodos

• Hay evidencia que las plantas responden a actividades (función de fuerza ionica, actividades de otros cationes) de elementos y no necesariamente concentraciones

• El medir lo que está en la solución, no considera la capacidad del suelo a suplir iones a la solución

10

3-1.3 Cantidad (Q)

• Iones o solutos tienen distintos mecanismos de asociación y fuerzas de atracción a las fases sólidas y superficies

• Metodos de extracción que miden Q o una porción de esta usualmente extraen cantidades mayores de las que estan en solución.

• Se dice que proveen un indice de cantidades disponibles

• La medición de cantidad describe el potencial para suplir nutrimento a la solucion

• Ejemplo: resina de intercambio iónico y el tiempo

6

11

12

3-1.4 Capacidad amortiguadora (BC)

• A medida que las plantas utilizan nutrimentos de la solución la disponibilidad de los nutrientes disminuye

• El grado de disminución depende de cuan rápido las plantas lo utilizan y cuan rápido el suelo lo reabastece.

• BC es la tasa de cambio de cantidad a intensidad

• El aumento en la cantidad del nutriente en la fase solida en equilibrio con la solucion por unidad de aumento de la concentracion del nutriente en solucion es BC

7

13

14

Capacidad amortiguadora

P solución

P a

dsor

bido

arcilla

limo

P añadido

P s

oluc

ión

arcilla

limo

8

15

***Importancia de difusión y capacidad amortiguadora***

• Manejo de fertilizante

• Colocación de fertilizante cerca de la raíz

• Colocación de fertilizante donde humedad del suelo es mayor

• Mayor tasa en suelo con capacidad amortiguadora baja

16

Relacion Q vs I

9

17

Relacion Q vs I (2)

Observaciones finales

• Los suelos tienen la capacidad para resistir cambios en la concentración en la solución

• Conforme la planta remueve nutrientes de la solución, la reserva repone los mismos

• Con una concentración en solución suelos arcillosos tendrán mayor Q

• Para lograr una cantida de nutriente en la planta el suelo arcilloso puede mantener menor conc. en solución

• Los métodos que mejor se relacionan con la respuesta biológica son aquellos que integran los facotres I, Q y BC

18

10

19

3-2 Nitrógeno

• Utilización por las plantas (NH4+ o NO3

-, urea, aminoácidos)

• Fuentes de N (fertilizantes, mineralización de MO, residuos de cultivos, residuos orgánicos)

• Suelo con 0.08-0.4% N, mineraliza 1-3%, 8-120 kg N/ha disponible anualmente

• Importancia económica y ambiental a impulsado trabajos en: (1) desarrollo de pruebas químicas, (2) mejorar procedimientos de incubaciones (2) desarrollo de pruebas de campo.

20

Trasfondo histórico

• Estimar disponibilidad de N desde principios de siglo 20

• Percepción de que metodos basados en NO3- en el

suelo de valor limitado, demasiado dinámico

• Opiniones muy diversas (ej. profundidad de muestreo)

• Resumen de Stanford (1982), Keeney (1982) –Incubaciones biológicas a largo plazo eran las mejores pero no practicas; incubaciones a corto plazo aceptables pero sujeto a problemas de manejo de muestras (secado etc..); método químico mas aceptable era NH4

+-N hidrolizado por CaCl2 en autoclave por 16h.

11

21

Datos tomados de catastros de sueloEstimado basado en DA 1.38 g/cm3, 15-cm profundidad y una tasa de descomposición de 4% por año.

Series Clasification pH OM(%) Mineralizable N

% (kg N/ha/yr)

Fraternidad Cumulic Haplustolls 7.18 1.78 71

San Antón Typic Haplusterts 7.95 1.30 52

Bayamón Typic Hapludox 6.30 1.4 56

Caguabo Lithic Eutropepts 5.70 0.8 32

Humatas Typic Haplohumults 6.75 3.2 128

22

NH4+,

NO3-

Mineralización (k-1)

N total

No

Materia organica

Disponibilidad de N en suelos

12

23

¿Porqué cuantificar tasas de mineralización de N?

• Recomendaciones de fertilización para N basadas en concepto de extracción

• Estimados de la cantidad de N que suplen los suelos utilizando plantas depende de:• Diversidad en sistema

radicular• NH4

+ y NO3- extraíble

inicial• Factores de manejo

(externos) que influyen sobre N disponible

• Factores internos que influyen sobre N disponible

Aportacion de N

Kg N/ha/año Kg N/ha/dia

Media 121 0.33

Rango 94-168 0.26-0.46

Extracción por gramíneas en cinco suelos de Puerto Rico, Fuente: Vicente-Chandler et al.

24

3-2.1 Métodos en el campo para evaluación de índices de disponibilidad de N3-2.1.1 Prueba de “PSNT”

• Muy util para maiz en muchos estados de EEUU y Canada• Provee un índice de disponibilidad de N que se puede

utilizar con datos de calibración• Determinación de NO3

- de 0-30 cm cuando plantas están 15-30 cm de alto

• Provee tiempo para añadir fertilizante si es necesario• En esencia es una medida de la cantidad de neta

(ganancias, perdidas, transformaciones) de N antes del muestreo bajo las condiciones del campo

• Debe existir información a priori sobre relacion entre Nsuelo y rendimiento

• Valores > 25 ppm NO3-- N son sugerido como niveles

críticos para maiz

13

25

3-2.1.2. Acumulación de N inorgánico en cilindro cerrado

• Acumulación de N en la ausencia de raices provee un buen indice de disponibilidad de N por el suelo

• Incubar suelo en cilindro el cual está cubierto por algo

• La cantidad de N que se acumula dentro del tubo con relación al contenido inicial es un estimado de mineralización neta de N.

26

Exctractable inorganic N in soil cores in Fraternidad and San Antón soils amended with 100 mt/ha BYW compost during 2001 (CBAG-75 data)

Inorganic N in tubes during 2001

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

3/26/2001 4/26/2001 5/26/2001 6/26/2001 7/26/2001

Sampling date

Inor

gani

c N

(N

H4+

-N +

NO

3- -N)

(mg

N/k

g so

il) Fraternidad (0 mt/ha)Fraternidad (100 mt/ha)San Anton (0 mt/ha)San Anton (100 mt/ha)

14

27

-8

-4

0

4

8

12

16

3 6 9 12 15 18 21 24

Min

eral

ized

N (

mg

N/k

g-w

eek)

Weeks

Chart Title

SUN

SHD

FOR

0

10

20

30

40

50

3 6 9 12 15 18 21 24

Cum

ulat

ive

Min

eral

ized

N (

mg

N/k

g-w

eek)

Weeks

Chart Title

CSL

CSM

BQS

28

3-2.1.3 Acumulación de N inorgánico en bolsas de polietileno (buried-bag method)

• Muestra de suelo intacta es tomada y puesta en bolsas de polietileno

• Estas son permeables a gases pero impermeables a líquidos

• Bolsas son puestas en el mismo sitio donde se sacó el suelo

• incubaciones por 1 o 2 meses• Integra condiciones de temperatura y de humedad

solamente si la humedad cuando se recolectó representa la humedad real en el suelo

15

29

3-2.1.4 Acumulación de N en bolsas de resina de intercambio iónico

• Tubo con muestra de suelo intacto con bolsa con resina abajo y arriba

• Resina de arriba captura iones entrando• Resina de abajo captura iones que son lavados• Extraer los iones retenidos en la resina• Ventajas – incubación se acerca a condiciones en el

campo, productos son removidos del suelo y capturados• Desventajas – mucho trabajo, problemas en areas que no

llueve mucho, confinamiento del suelo causa gradientes en concentración de NO3

-

30

3-2.2. Métodos en el laboratorio (biológicos)

• Percepción de que metodología es mejor porque utiliza los mismos agentes microbianos que bajo condiciones de campo

• Envuelve incubación de suelo bajo condiciones que promueven la mineralización de fuentes orgánicas.

• Recordar que sirven como indices de disponibilidad y tienen que ser calibradas a la utilización por la planta o a un indice en el campo.

• Importancia del objetivo

16

31

3-2.2.1 Incubación anaerobica

• NH4+-N producido al incubar suelo por 7-d bajo

condiciones anegadas “waterlogged” a 35oC.

• Mide N mineralizado (liberado) por microorganismos aerobicos muertos por las condiciones anaerobicas de la prueba.

• Ventajas - simple, corta, poca influencia de tratamiento de la muestra antes de análisis

• ¿Relación entre nivel de disponibilidad en laboratorio, campo y rendimiento?

32

Am

mon

ium

-N (

mg

N/k

g)

0

5

10

15

20

25

30

ForestCoffee shadeCoffee sun

Nitr

ate-

N (

mg

N/k

g)

0

5

10

15

20

25

30

a

b ba

bab

a

a

a

b

ba a a

Jayuya Lares Las Marias

Min

eral

izab

le N

(m

g N

/kg

wk)

0

10

20

30

40

50

60

70a

b

aab

b

bab

a

a

aa

b

ab

A

B

C

17

33

3-2.2.2. Incubación aeróbica a corto plazo

• Incubación por 28 d a 35oC

• Suelo disturbado, tamizado, ajustar humedad

• Mineralización de N neta medido (NH4+-N + NO3

- -N) (final – inicial)

• Mide transformación de N neta en la ausencia de plantas

• Ventajas y desventajas –

34

30-60 cm

0 8 16 22 29

0

10

20

30

40

50

60-100 cm

Time (days)

0 8 16 22 29

0

10

20

30

40

50

15-30 cm

0 8 16 22 29

0

10

20

30

40

50

N m

iner

aliz

ed (

mg

N/k

g so

il)

0-15 cm

0 8 16 22 29N m

iner

aliz

ed (

mg

N/k

g so

il)

0

10

20

30

40

50

EucalyptusLeucaenaAgriculturePasture

Time (days)

18

35

3-2.2.3. Incubación aeróbica a largo plazo (Stanford y Smith, 1972 y modificado a través de los años)

• La tasa de mineralización es proporcional a la cantidad de N potencialmente mineralizable (No)

• El patron de mineralización de N sigue cinetica de primer orden

• El valor de No puede ser estimado a partir de:• Nmin = No(1-e-kt)

36

(B) Fraternidad (Vertisol)(A) San Antón (Mollisol)

0 5 10 15 20

N m

iner

aliz

ed (

mg

N/k

g)

0

10

20

30

40

50

60

Time (weeks)

0 5 10 15 20

Compost 0 mt/haCompost 50 mt/haCompost 100 mt/ha

N mineralization in San Antón (A) and Fraternidad soils (B) amended with biosolid yard-wast compost as evaluated using the incubation-leaching method.

19

37

Procedimiento

• Contribución de N por materia orgánica (MO),NMO = Next (suelo)t=i – Next (inicial en suelo)t=0

• Contribución de N por enmienda orgánica (EO), NEO = Next(suelo+material)t=i – Next (suelo)t=i - Next (inicial en material)t=0

• Nmin = No(1-e-kt)Donde Nmin es la cantidad de N mineralizado, No es el N

potencialmente mineralizable, k es la constante de la reacción, y t es el tiempo

38

Mineralización de N

mg

N/k

g

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 mt compost/ha50 mt compost/ha100 mt compost/ha

Fraternidad (Vertisol)

Tiempo (días)

0 10 20 30 40 50 60

mg

N/k

g

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Contribución de N de la materia orgánica y composta

20

39

N potencialmente mineralizable (No) y constante de reacción (k-1) en dos suelos enmendados con

compostaSuelo Tratamiento No K-1

mt composta/ha mg N kg-1 (dias-1)

Fraternidad 0 45.20 (±4.92)1 0.122 (±0.046)

50 84.10 (±9.97) 1.14 (±0.89)

100 145.8 (±14.5) 0.766 (±0.419)

San Antón 0 39.63 (±7.71) 0.052 (±0.041)

50 89.30 (±12.2) 1.304 (±1.25)

100 143.8 (±19.1) 1.03 (±0.854)

1 Intervalo de confianza al 95% en paréntesis

2 NE = No estimable

40

(A) N Mineralization

mg

N/k

g

020406080

100120140160180200220

0 mt compost/ha50 mt compost/ha +N50 mt compost/ha100 mt compost/ha

Fraternidad (Vertisol)

Time (days)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150

mg

N/k

g

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 (B) N contribución from organic matter and compost

21

41

• Valor de No es una caracteristica definible de cada suelo bajo condiciones específicas para suplir N al suelo y al cultivo

• Envuelve incubar suelo bajo condiciones óptimas de temperatura, humedad por 30 semanas (podrían ser menos). El N inorgánico se remueve por lavados periódicos

• Suelos disturbados versus no disturbados• Puede estimar diferentes fracciones de N orgánico

disponible (fracción activa, fracción estable)• Util para evaluar practicas de manejo previas, y para

modelos

42

3-2.3 Métodos químicos (laboratorio)

• Percepción de que metodología química no funciona porque no imita la acción de microorganismos

• Son atractivos porque ofrecen forma rápida y sencilla para estimar disponibilidad de N

• Deben detectar diferencias entre suelos o tratamientos en las cantidades de N que se mineralizan durante un periodo dado.

22

43

Trabajos recientes:

• NH4+-N liberado al calentar suelo con 2M KCl

• NH4+-N liberado al calentar suelo con NaHCO3 o ácido

• NH4+-N liberado al destilar muestra de suelo con

“phosphate-borate buffer pH 11.2”

44

3-2.4 Planta

• Integra el suelo, planta, y condiciones ambientales• Extracción de N en el control – representa el N inorgánico y

N orgánico mineralizado en un tiempo definido• Si se mide N inorgánico al sembrar y despues de la cosecha,

el N mineralizado representa lo que utiliza la planta y el cambio en N en el perfil.

• Es util tener por lo menos 2 años de información por el efecto residual

• Tambien se puede medir:– análisis de partes selectas– contenido de clorofila

23

45

¿Porqué entonces hay gran incertidumbre al incorporar indices de mineralización de N a recomendaciones de N?

46

Discussión de literatura

24

47

Extractantes para otros elementos

48

1. Extraer una porción del elemento en cuestión

2. Relacionar la respuesta del cultivo al análisis de

suelos y/o al nivel de aplicación

Extractantes para otros elementos

25

49

Análisis de suelo

• Es una extraccion química de alguna forma de x nutriente en el suelo

• El valor de la medida del nutrimento extraído no indica la cantidad absoluta disponible en el suelo

• El valor de la medida no tiene gran utilidad a menos que este cuantitativamente relacionado al rendimiento de un cultivo (crecimiento o respuesta)

• A medida que la cantidad del nutriente (extraíble o intercambiable) en suelo aumenta, la probabilidad a que haya una respuesta a la fertilización disminuye

50

Ejemplo del modelo conceptual

26

51

Objetivos de una prueba (análisis) de suelos

• Debe ser rápida, reproducible y barata

• El valor numérico sirve para establecer un índice de disponibilidad de nutrimento (niveles: bajo, mediano, alto)

• El índice debe guardar relación con el rendimiento y con el requisito nutricional del cultivo de interés

• La prueba de suelo debe guardar relacion con la probabilidad de que exista de respuesta a la aplicación del nutriente.

• Debe conducir a la recomendación de fertilización

52

Selección de la métodos de extracción

• Se extraen los elementos con determinadas soluciones y se asume que esas concentraciones (o una fracción de estas) son las que están disponibles para la planta

• Si es una buena solución extractora, el valor numérico se debe relacionar con la cantidad del nutriente que extrae la planta (correlación) y con el rendimiento (calibración)

27

El análisis de suelo

• Es importante que el análisis se realize por un laboratorio comercial debidamente certificado

• Que se seleccionen las pruebas adecuadas para las cosechas y la zona

• Que los resultados se interpreten correctamente

53

54

Methodology, Interpretation, and Implementation of Soil, Plant, Byproduct,

and Water AnalysesSouthern Extension and Research

Activity Information Exchange Group 6

http://www.clemson.edu/agsrvlb/sera6/

28

55

United States (So. Coop. Ser. Bull. 289, 40 p.)September 1983

Virginia Tech

Procedures Used by State Soil Testing Laboratories in the Southern Region of the United States (So. Coop. Ser.

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Procedures and Practices Followed by Southern State Soil Testing Laboratories for Making Liming

Recommendations (So. Coop. Ser. Bull. 332, 13 p.)February 1988

G. KidderFlorida

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(So. Coop. Ser. Bull. 374, 47 p.)August 1992

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Research-Based Soil Testing Interpretation and Fertilizer Recommendations for Peanuts on Coastal Plain Soils

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August 1999H. J. Savoy, Jr.

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Bull. #190-C)August 2001

E. A. HanlonFlorida

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Wisconsin-Madison

A New Method for Measuring Lime Buffer Capacity -SERA-IEG-6*3

September 2004D. E. Kissel and P. F. Vendrell,

University of Georgia

A New Method for Measuring Soil pH - SERA-IEG-6*4 September 2004D. E. Kissel and P. F. Vendrell,

University of Georgia

56

3-3. Fósforo3-3.1. Métodos de extracción en el laboratorio

• La prueba a utilizarse generalmente dependerá del pH del suelo

• Los extractantes utilizados reflejan la forma "naturaleza" que se encuentra o se torna disponible en el suelo

• Las concentraciones de P extraíble deben guardar relación con el rendimiento a través de un proceso de calibración

• A medida que la concentración de P aumenta la probabilidad a que haya una respuesta a la aplicación de P disminuye

• La medidad de P total no es indicador de disponibilidad• La medidad de P extraíble no necesariamente indica la

cantidad absoluta disponible.

29

57

3-3.2. Bray-1 (Bray y Kurtz, 1945)

• 0.025 M HCL + 0.03 N NH4F (suelos ácidos)

• Simula la utilización de P por la planta. Reactivos precipitan el Fe y Al y H2PO4 aumenta y representa la capacidad del suelo de suplir el P

3NH4F + 3HCl + (Fe, Al - PO4) ----> (NH4)3(Fe, Al)F3 + H3PO4

58

3-3.3. Bray-2 (Bray y Kurtz, 1945)

• 0.1 M HCL + 0.03 N NH4F (suelos ácidos)

30

59

3-3.4. Prueba Olsen-bicarbonato

CaCO3 <-------------> Ca2+ + CO32-

NaHCO3 --------------> Na+ + HCO3- ----------> H+ + CO3

2-

CaHPO4 -------- (disminuye) Ca2+ + HPO42-

60

3-3.5. Fe-O strips

• Papel de filtro impregnado con FeO

• Saturar papel con FeCL3 acidificado, secar y cortar en pedazos de tamaño fijo

• Protejer el papel con malla de polietileno

• Agitar 1 g suelo con 0.01 M CaCl2 por 16h

• Remover el papel, disolver FeO con 0.1 M H2SO4

• Cuantificar P por ICP

31

61

Evaluación ambiental (biodisponibilidad)

• Resinas de intercambio cationico / anionico

• Papel impregnado con Fe-O

62

3-4. Calcio, Magnesio, Potasio

3-4.1 Acetato de amonio (NH4OAc)

• K intercambiable + K en solución (muy pequeño)• Se extrae el K y se mide la concentración de K en la

solución por medio de absorción atómica o ICP• El K intercambiable debe guardar relación con el el

rendimiento o el K absorbido por los cultivos• El nivel crítico en suelo es cerca de 0.3 a 0.4 cmolc/kg (117 -

156 ppm)• Considerar tambien el % de saturacion de K; si K

intercambiable < 2.5 % = respuesta a la aplicacion

32

63

K y Mg lentamente disponible

• 1M HNO3 o 1M HCl para determinar K disponible para las planta con altos requisitos nutricionales para K

64

Ejemplos de ligandos orgánicos

33

65

Estabilidad de agentes chelatantes sintéticos con Fe

Proporción de metales con asociado con DTPA

66

Estabilidad de metales con DTPA y EDTA

34

67

68

3-5. Hierro, manganeso, zinc, cobre3-5.1. DTPA - extraíble

• Lindsey y Norvell, 1978 (SSSAJ 42: 421-428)

• DTPA + 0.1M TEA (pH 7.30) + 0.01M CaCl2• Es una reacción que no llega a equilibrio por lo que

tiempo, velocidad de agitar influyen sobre la cantidad extraída.

• El DTPA es un agente quelantante

• TEA es un “buffer”

• El CaCl2 suprime la disolución de CaCO3 de los suelos

35

69

3-6. Extractantes para múltiples elementos

• Mehlich 1 “double acid” (Mehlich, 1953)

– 0.05 N HCl + 0.025 N H2SO4

– Suelos arenosos, bajo CIC, suelos neutrales a ligeramente acidos (pH<6.5)

– rango crítico para micronutrimentos está en 5 – 9 ppm

– no es muy util para suelos calcareos

70

Mehlich 3 (Mehlich, 1984)

• 0.2 M CH3COOH, 0.25 M NH4NO3, 0.015 M NH4F,

0.013 M HNO3, y 0.001 EDTA

• Aplicable a un rango mas amplio de condiciones del suelo por lo que no es específico para suelos ácidos

• Cantidad de bases extraidas es casi identico a la cantidad extraída con NH4OAC

• Contiene una base de acetato a pH 2.5 e incluye EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) para mejorar la extracción de los micronutrimentos

36

71

AB-DTPA (Soltanpour y Schwab, 1977)

• NH4HCO3 + DTPA

• suelos nuetrales o calcareos

• P, K, Fe, Mn, Zn, Cu

• Cuantificación por ICP

72

37

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Report no. 42. Ver. 3.0