Aspectos Básicos del Manejo de Azufre, Calcio, y Magnesio

Dr. Armando Tasistro IPNI-México y América Central

atasistro@ipni.net

Temario

• Azufre • Ciclo del S • Formas en plantas • Funciones en plantas • Síntomas de deficiencia • Formas en el suelo • Fuentes de S • Análisis de S en suelo

• Calcio • Ciclo del Ca • Formas en plantas • Funciones en plantas • Disponibilidad • Fuentes

• Magnesio • Ciclo del Mg • Formas en las plantas • Funciones en las plantas • Mg en el suelo • Fuentes

• Relaciones entre cationes básicos - “el suelo ideal”

AZUFRE

Deficiencia más generalizada

• Abandono de fertilizantes que aportaban S • sulfato de amonio • superfosfato simple

• Quema de residuos

Estiércol Residuos de plantas

Fertilizantes S en

la planta

SO4-2 en solución del suelo

SO4-2 adsorbido o lábil

SO4-2 ↔ S0 ↔ S-2

inmovilización

mineralización

Materia orgánica

lixiviación

Ciclo del S

SO2 SO2 antropogénico y

natural

SO4-2 ↔ SO2

SO4-2

volatilización quemas

Formas en plantas

• Tomado principalmente como SO4-2

• Reducido a -S-S y –SH • Concentraciones en plantas: 0.1 - 0.5%

Funciones en plantas

• 90% en proteínas • cistina, cisteína, y metionina • configuración de enzimas

• enlaces -S-S- • déficit de S → acumulación de N no-

proteico (NH2 y NO3-)

• síntesis de coenzima A, clorofila

ww

w.b

ritan

nica

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w

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.nat

ure.

com

Síntomas de deficiencia

• Inmóvil en simplasto • Síntomas visibles en hojas nuevas

normal

Maíz

Clorosis amarilla generalizada; nervaduras comúnmente no prominentes o si lo son sólo en la mitad basal de la hoja

S

Maíz

S

- S

Maíz

S Maíz

Cereales de grano pequeño

trigo cebada

Crucíferas

canola

repollo

FORMAS EN EL SUELO

Estiércol Residuos de plantas

Fertilizantes S en

la planta

SO4-2 en solución del suelo

SO4-2 adsorbido o lábil

SO4-2 ↔ S0 ↔ S-2

Materia orgánica

lixiviación

Ciclo del S

SO2 SO2 antropogénico y

natural SO4

-2 ↔ SO2

SO4-2

volatilización quemas

SO4-2 en solución

• Movimiento a raíces por difusión y flujo masal

• SO4-2 en subsuelo

puede ser mayor que en capa arable

• Deficiencia puede desaparecer cuando las raíces llegan adonde hay SO4

-2 acumulado

ww

w.le

arne

r.org

SO4-2

Adsorción de SO4-2

• Contrarresta tendencia a alta movilidad • Factores determinantes

• tipo y cantidad de arcilla • óxidos de Fe y Al • materia orgánica • pH • competencia con otros aniones

alófana>caolinita>mica>montmorillonita

↑ MO ↑ adsorción

↑ pH ↓ adsorción

H2PO4- > SO4

-2

FeS2 + H2O + 31/2 O2 → Fe+2 + 2SO4-2 + 2H+

• descomposición de MO • SO4

-2 aplicado H2S

ANAEROBIOSIS atmósfera ↑

+ Fe → FeS2 (pirita)

Oxidación de S elemental CO2 + So + 21/2 O2 + 2H2O → CH2O + 2SO4

-2 + 2H+

Condiciones favorables • 25 a 40oC • humedad del suelo ∼ capacidad de campo

Thiobacillus

S orgánico Suelos bien drenados, no calcáreos: C: N: S en MO ∼ 120: 10: 1.4

Fracciones 1. sulfatos ésteres

• enlaces C-O-S • más lábiles que S enlazado a C • ∼ 30-60% del Sorg

2. S enlazado a C • ∼ 30-40% del Sorg

3. aminoácidos con S • ∼ 10-20% del Sorg

Mineralización-Inmovilización

• Orgánico Inorgánico

• aminoácido + 2H2O S-2 + CO2 + NH4+

• S-2 → So + 11/2 O2 + H2O SO4-2 + 2H+

mineralización

inmovilización

O2 heterótrofos

• principal aporte de S para las plantas • ∼ 2 a 15 kg S-SO4

-2 /ha/año mineralizado de Sorg

FACTORES QUE AFECTAN MINERALIZACIÓN/INMOVILIZACIÓN DE S

1. Contenido de S en MO Relación C: S en el residuo del cultivo Proceso dominante

< 200: 1 mineralización 200 - 400 no hay cambios > 400: 1 inmovilización

hojas de canola

C: S = 64

paja de cebada C: S = 206

testigo

duración de incubación (días)

SO4-2

–S

(µg

S g-1

suel

o)

Wu

J, O

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nell

AG

, Sye

rs JK

(199

3) M

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oil B

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nd B

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emis

try

25,

1567

–157

3.

2. Temperatura del suelo

OK

3. Humedad del suelo

• Óptimo: 60% de capacidad de campo • Cambios marcados o alternancia seco-

húmedo pueden causar incrementos repentinos en el S mineralizado

4. pH del suelo Mineralización aumenta con el pH, hasta pH 7.5

5. Presencia de vegetación

Plantas estimulan mineralización por la mayor actividad microbiana en rizósfera

6. Laboreo del suelo

Suelo Condición

Capa arable (ppm) Subsuelo (ppm)

S orgánico SO4-2-S S orgánico SO4

-2-S

Ultisol Virgen 36 4.0 12 6.4

Cultivado 24 2.5 10 12.0

Oxisol Virgen 247 3.7 11 3.3

Cultivado 60 7.2 10 12.3

Condiciones conducentes a deficiencia de S

• Texturas gruesas • Baja MO • Uso de fertilizantes sin S • Alta precipitación o riego • Quema de residuos • Relaciones C: S o N:S altas

FUENTES DE S

1. Atmósfera

SO2 SO4-2

en.w

ikip

edia

.org

Lluvia con < 1 ppm de S puede aportar ∼ 10 kg S/ha/año

2. Agua de riego

Con < 5 ppm SO4-2 en el agua → posible

respuesta a la aplicación de S

3. Fuentes orgánicas

S en desechos orgánicos: 0.2 a 1.5% 20 t/ha = 40 a 300 kg S

4. S inorgánico

Con uso apropiado las fuentes tienen eficacias similares

Material Fórmula Contenido de nutrientes (%)

N P2O5 K2O S Otro polisulfuro de amonio NH4Sx 20 - - 45

sulfato de amonio (NH4)2SO4 21 24

tiosulfato de amonio (NH4)2S2O3 12 26

polisulfuro de calcio CaSx 22 6 (Ca)

tiosulfato de calcio CaS2O3 10 6 (Ca)

sulfato ferroso FeSO4.H2O 19 33 (Fe)

yeso CaSO4.2H2O 19 24 (Ca)

sulfato de magnesio MgSO4.7H2O 13 10 (Mg)

sulfato de potasio-magnesio K2SO4.MgSO4 22 22 11 (Mg)

polisulfuro de potasio KSx 22 23

sulfato de potasio K2SO4 50 18

tiosulfato de potasio K2S2O3 25 17

azufre So 100

azufre (granular con aditivos) So 0-7 68-95

ácido sulfúrico H2SO4 33

superfosfato simple Ca(H2PO4) 2.CaSO4.2H2O 20 14

superfosfato triple Ca(H2PO4) 2.CaSO4..2H2O

urea-azufre CO(NH2) 2+S 38 10-20

urea-ácido sulfúrico CO(NH2) 2+H2SO4 10-28 9-18

sulfato de zinc ZnSO4. H2O 18 36 (Zn)

Fertilización con S

∼ 1/20 de la dosis de N cultivo remoción de S (kg/t)

maíz para grano 1.4 frijol 8.7

cebada 1.9 papas 0.3 trigo 1.7 sorgo 1.2

Interacción N-S

Un déficit de una unidad de S en la demanda de un cultivo → pérdida potencial de 15 unidades de N al ambiente. [Schnug and Haneklaus (2005), citados por Norton et al. (2013)]

Análisis de suelo Buscan medir

• soluble en agua • fácilmente

intercambiable • adsorbido lábil

Extractantes

OK en regiones secas

OK en regiones húmedas

niveles críticos 30 mg/kg

10 mg/kg

Resultados de análisis de suelos difíciles de interpretar

• Movilidad en suelo • Reservas en subsuelo • Variación en aportaciones

• externas • internas

CALCIO

Estiércol Residuos de plantas

Toma por las plantas

Ca+2 en solución del suelo

Coloides

Minerales con Ca

Materia orgánica

lixiviación

Ciclo del Ca

Formas en plantas

• Ca+2 absorbido de la solución del suelo • Transporte a raíces principalmente por

flujo masal • Dicotiledóneas, leguminosas, y crucíferas

tienen mayores concentraciones (12-18 g/kg) que gramíneas (4 g/kg)

Funciones en plantas

• Integridad de membranas celulares • permeabilidad • mantenimiento del contenido celular • mecanismos de toma de nutrientes

• Regulación de enzimas • α-amilasa • proteínas cinasas • ATPasas

Funciones en plantas

• Neutralización de ácidos formados en metabolismo celular

• Favorece toma de NO3-

• Esencial para crecimiento y división celular

Translocación

• Móvil en xilema • Órganos con bajas tasas de transpiración (p.

ej. hojas nuevas, frutos, tubérculos) y de transporte por el xilema más proclives a deficiencias

• No se mueve en floema • Se requiere alrededor de raíces

(especialmente próximo a punto de crecimiento) y otros órganos subterráneos

yara

.us

papa

Mancha amarga, acorchado o bitter pit (hoyo amargo)

manzana

hort.

uwex

.edu

apio

tomate

maíz

frijol

caña

Disponibilidad para las plantas

Concentración de Catotal • 1 – 30% suelos calcáreos, regiones áridas o

semiáridas • 0.7 – 1.5% suelos no calcáreos, regiones

templadas húmedas • 0.1 – 0.3% suelos tropicales, meteorizados

• pH • menor disponibilidad en suelos ácidos

• CIC • menor disponibilidad con CIC baja

• % de CIC saturada con Ca+2

• suelo con baja CIC y 1,000 ppm Ca+2 intercambiable puede aportar más Ca+2 a las plantas que uno con 2,000 ppm Ca+2 pero con CIC más alta

• posible respuesta a Ca+2 si % de saturación de CIC con Ca+2 < 25%

• Tipo de arcilla • arcillas 2:1 requieren % saturación con Ca+2

mayores que arcillas 1:1 • montmorillonita > 70% • caolinita 40 – 50%

Fuentes • Cal

• CaCO3 (40% Ca)

• CaMg(CO3)2 (22% Ca; 13% Mg)

• Yeso (CaSO4.2H2O) (22% Ca) • Superfosfato triple (12 – 14% Ca) • Superfosfato simple (18 – 20% Ca) • Roca fosfórica (35% Ca) • Nitrato de calcio (19% Ca) • CaEDTA (3 – 5% Ca) • estiércol (2 – 5% Ca)

MAGNESIO

Estiércol Residuos de plantas

Toma por las plantas

Mg+2 en solución del suelo

Coloides

Minerales con Mg

Materia orgánica

lixiviación

Ciclo del Mg

Formas en plantas

• Mg+2 absorbido de la solución del suelo • Transporte a raíces principalmente por

flujo masal • 2-4 g/kg con poca diferencias entre cultivos

Funciones en plantas • Clorofila

15-20% del Mg en plantas

• Estabilización de ribosomas para síntesis proteica

• Actividad de enzimas para fosforilación Transferencia de P desde ATP

pass

el.u

nl.e

du

Traslocación

• Retraslocable en plantas

Maíz

frijol

café

caña

algodón aguacate

Hipomagnesemia en el ganado

• Pastos con bajo Mg • Suelos con bajo Mg • Dosis altas de NH4

+ o K+

Mg en el suelo

Concentración de Mgtotal • 4% suelos con texturas finas, regiones secas • 0.1% suelos arenosos, regiones húmedas

Potencial de lixiviación

Aumenta con • Contenido de Mg en suelo • Movimiento de agua • Aplicación de K

• Aplicación de Ca

Disminuye con • Toma por plantas

Alta probabilidad de deficiencia

• Suelos arenosos, bajo pH, regiones húmedas

• Suelos ácidos tratados con dosis altas de cal sin Mg

• Suelos calcáreos con bajo Mg • Alta fertilización con NH4

+ o K+

• Cultivos con alta demanda de Mg

Fuentes

Aplicaciones al suelo • CaMg(CO3)2 (22% Ca,

13% Mg) • K2SO4·2MgSO4

(langbeinita) 21-22% K2O; 10-11% Mg; 21-22% S

• MgSO4·H2O (kieserita) 15-16% Mg; 20-22% S

Aplicaciones foliares • MgSO4·7H2O (sales Epson)

10% Mg

• MgCl2·10H2O 8-9% Mg

• Mg(NO3)2 16% Mg

RELACIONES ENTRE CATIONES BÁSICOS - “EL SUELO IDEAL”

Recomendaciones de K, Ca, Mg Nivel de suficiencia de nutrientes disponibles • necesidades de la planta • nivel crítico

Relación de saturación de cationes básicos

nutriente rango de niveles críticos (cmolc kg-1)

Ca 0.5 – 1.5 Mg 0.2 – 0.3 K 0.2 – 0.5

• necesidades del suelo • relación balanceada de

cationes con relación a la CIC del suelo

nutriente rango de saturación de la CIC (%)

Ca 65 - 85 Mg 6 - 12 K 2 - 5

(Graham, 1959)

Un poco de historia…

• 1945 – Bear et al. (New Jersey, alfalfa, invernadero) • tentativamente, “suelo ideal”, % de CIC ocupada por:

Ca 65%, Mg 10%, K 5%, H 20%, ¿origen de estos valores?

• Esos % implican • Ca/Mg = 6.5: 1 (65% de Ca / 10% de Mg) • Ca/K = 13: 1 • Mg/K = 2: 1 • Ca/H = 3.25: 1

Los % han ido variando

• 1959 – Graham (Missouri): • 65 – 85% Ca, 6 – 12% Mg, 2 – 5% K • Relaciones implícitas:

• Ca/Mg = 5.4: 1 – 14.2: 1 • Ca/K = 13: 1 – 42.5: 1 • Mg/K = 1.2: 1 – 6: 1

65% Ca/ 12% Mg 85% Ca/ 6% Mg

• 1975, Albrecht (Missouri), “suelo balanceado” • 60 – 75% Ca, 10 – 20% Mg, 2 – 5% K, Na

0.5 – 5%, 10% H, otros cationes 5% • origen exacto de datos no claro

Derivaciones

• Muchos consideran que el crecimiento óptimo de las plantas se va a dar solamente cuando el suelo tiene las relaciones balanceadas o ideales entre los cationes especificadas

• No hay evidencias científicas suficientes

rend

imie

nto

rela

tivo

(%)

peso

seco

rela

tivo

(%)

relación Ca/Mg relación Ca/Mg

bajo P alto P

mijo alfalfa

saturación de la CIC por Ca (%)

0 20 40 60 80 100

rend

imie

nto

de m

aíz

(kg/

ha)

0

2000

4000

6000

8000

10000

saturación de la CIC por Mg (%)

0 5 10 15 20 25 30

rend

imie

nto

de m

aíz

(kg/

ha)

0

2000

4000

6000

8000

10000

relación Ca/Mg

0 5 10 15 20 25

rend

imie

nto

de m

aíz

(kg/

ha)

0

2000

4000

6000

8000

10000

Curvas límite preliminares – Datos de La Frailesca (Chiapas, México)

Recomendaciones

• No parecen haber bases científicas sólidas para recomendar el uso de relaciones “ideales” entre cationes básicos en las recomendaciones de fertilización

• Asegurar disponibilidad de cationes básicos en base a • valores críticos, y • % de la CIC ocupada

Referencias

Camberato, J. y W. L. Pan. 2012. Bioavailability of Calcium, Magnesium, Sulfur, and Silicon. In (Pan Ming Huang, Yuncong Li, y Malcolm E. Sumner, Eds.) Handbook of Soil Sciences, Resource Management and Environmental Impacts. Second Edition. p 11:47 – 11:61.

Havlin, J.L., J. D. Beaton, S. L. Tisdale, and W. L. Nelson. 2005. Soil Fertility and Fertilizers. 7th Edition. Pearson-Prentice Hall. 515 p.

Johnson, G. V., and Fixen, P. E. (1990). Testing Soils for Sulfur, Boron, Molybdenum, and Chlorine. In "Soil Testing and Plant Analysis", pp. 265-274. SSSA.

Kopittke, P. M., and Menzies, N. W. (2007). A Review of the Use of the Basic Cation Saturation Ratio and the “Ideal” Soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 71, 259-265.

Norton, R., R. Mikkelsen and T. Jensen. 2013. Sulfur for Plant Nutrition. Better Crops, 97 (2): 10-12

Sánchez, P. 1981. Suelos del Trópico. Características y Manejo. IICA. Wortmann, C. 2014. Calcium and Magnesium. In (Shaver, T.M., ed.) Nutrient

Management for Agronomic Crops in Nebraska. Chapter 4.