Gli elementi essenziali della nutrizione delle piante

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       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.
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.

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          Cofattore enzimatico. E' essenziale per il metabolismo dei carboidrati, per la sintesi
               delle proteine e per l'allungamento degli internodi negli steli.
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

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
                                            µM

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).

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