La nutrición vegetal comprende el conjunto de procesos mediante los cuales los vegetales incorporan del medio externo las sustancias necesarias para elaborar sus propios compuestos orgánicos y obtener la energía que requieren para su desarrollo. En estos procesos intervienen diversos elementos químicos, que forman parte de las estructuras celulares o cumplen funciones específicas en el metabolismo de las plantas.
El C, H y O constituyen el 94-99,5% de los elementos de las plantas. La mayor parte del carbono y del oxígeno lo obtienen directamente del aire, por fotosíntesis, mientras que el hidrógeno deriva del vapor de agua del aire y, principalmente, del agua del suelo. Sin embargo, las plantas no pueden desarrollarse exclusivamente con agua y aire, ya que requieren de cierto número de elementos químicos que suelen absorber de la disolución del suelo. Aunque estos elementos constituyen una pequeña porción del peso anhidro de la planta (entre el 0,6-6%), no dejan por ello de ser fundamentales para las plantas, ya que son los que comúnmente limitan el desarrollo de los cultivos.
Después de las cosechas, el suelo pierde gran parte de sus nutrientes, que los recuperará a través de los fertilizantes. Los elementos esenciales requeridos por las plantas superiores son exclusivamente de naturaleza inorgánica. Para que un elemento sea considerado un nutriente esencial de las plantas debe satisfacer las tres condiciones siguientes (Arnon y Stout, 1934):
Una deficiencia de este elemento hace imposible que la planta complete su ciclo vital. La deficiencia es específica para el elemento en cuestión. El elemento está directamente implicado en la nutrición de la planta con función específica e insustituible.
Basándose en el contenido de cada nutrimento dentro del tejido vegetal, se pueden clasificar en dos tipos; macronutrientes y micronutrientes. Cabe hacer énfasis en que esta división no obedece al tamaño molecular del elemento ni a la importancia de los mismos; todos son esenciales pero los macro se requieren en mayores cantidades. Actualmente está demostrado y admitido que los elementos esenciales para el crecimiento de todas las plantas son 16, y 5 solo son esenciales para algunas.
Historia El carbono, el hidrógeno y el oxígeno son los nutrientes básicos que las plantas reciben del aire y el agua. Justus von Liebig demostró en 1840 que las plantas necesitaban nitrógeno, potasio y fósforo. La ley del mínimo de Liebig establece que el crecimiento de una planta está limitado por la deficiencia de nutrientes. El cultivo de plantas en medios distintos del suelo fue utilizado por Arnon y Stout en 1939 para demostrar que el molibdeno era esencial para el crecimiento del tomate.
Proceso de la nutrición vegetal Las plantas absorben nutrientes esenciales del suelo a través de sus raíces y del aire (principalmente dióxido de carbono, oxígeno y vapor de agua) a través de sus hojas. La absorción de nutrientes en el suelo se logra mediante el intercambio de cationes, en el que los pelos de las raíces (pelos radiculares) bombean iones de hidrógeno (H+) al suelo a través de bombas de protones. Estos iones de hidrógeno desplazan los cationes adheridos a las partículas del suelo cargadas negativamente para que los cationes estén disponibles para ser absorbidos por la raíz. En las hojas, los estomas se abren para absorber dióxido de carbono y expulsar oxígeno. Las moléculas de dióxido de carbono se utilizan como fuente de carbono en la fotosíntesis.
La raíz, especialmente el pelo radicular, es el órgano esencial para la absorción de nutrientes. La estructura y arquitectura de la raíz pueden alterar la tasa de absorción de nutrientes. Los iones de nutrientes se transportan al centro de la raíz, la estela, para que los nutrientes lleguen a los tejidos conductores, el xilema y el floema.La banda de Caspary, una pared celular fuera de la estela pero en la raíz, evita el flujo pasivo de agua y nutrientes, ayudando a regular la absorción de nutrientes y el agua. El xilema mueve el agua y los iones minerales en la planta y el floema es responsable del transporte de moléculas orgánicas. El potencial hídrico juega un papel clave en la absorción de nutrientes de una planta. Si el potencial hídrico es más negativo en la planta que en los suelos circundantes, los nutrientes se moverán de la región de mayor concentración de solutos, en el suelo, al área de menor concentración de solutos, en la planta.
Hay tres formas fundamentales en que las plantas absorben nutrientes a través de la raíz:
La difusión simple ocurre cuando una molécula apolar, como el O2, CO2 y NH3, sigue un gradiente de concentración, moviéndose pasivamente a través de la membrana de la bicapa lipídica celular sin el uso de proteínas de transporte. La difusión facilitada es el movimiento rápido de solutos o iones siguiendo un gradiente de concentración, facilitado por proteínas de transporte. El transporte activo es la captación por parte de las células de iones o moléculas frente a un gradiente de concentración; esto requiere una fuente de energía, generalmente ATP, para impulsar las bombas moleculares que mueven los iones o moléculas a través de la membrana.
Los nutrientes se pueden mover en las plantas a donde más se necesitan. Por ejemplo, una planta intentará suministrar más nutrientes a sus hojas más jóvenes que a las más viejas. Cuando los nutrientes son móviles en la planta, los síntomas de cualquier deficiencia se hacen evidentes primero en las hojas más viejas. Sin embargo, no todos los nutrientes son igualmente móviles. El nitrógeno, el fósforo y el potasio son nutrientes móviles, mientras que los demás tienen diversos grados de movilidad. Cuando un nutriente menos móvil es deficiente, las hojas más jóvenes sufren porque el nutriente no se mueve hacia ellas sino que permanece en las hojas más viejas. Este fenómeno es útil para determinar qué nutrientes pueden faltar en una planta.
Muchas plantas producen simbiosis con microorganismos. Dos tipos importantes de estas relaciones son:
Con bacterias como los rizobios, que realizan la fijación biológica de nitrógeno, en la que el nitrógeno atmosférico (N2) se convierte en amonio (NH4+). Con hongos micorrízicos, que a través de su asociación con las raíces de las plantas ayudan a crear una superficie radicular efectiva más grande.
Ambas relaciones mutualistas mejoran la absorción de nutrientes.
La atmósfera terrestre contiene más del 78% de nitrógeno. Las plantas llamadas leguminosas, incluidos los cultivos agrícolas de alfalfa y soja, que los agricultores cultivan ampliamente, albergan bacterias fijadoras de nitrógeno que pueden convertir el nitrógeno atmosférico en nitrógeno que la planta puede utilizar. Las plantas no clasificadas como legumbres como el trigo, el maíz y el arroz dependen de los compuestos nitrogenados presentes en el suelo para apoyar su crecimiento. Estos pueden ser suministrados por mineralización de materia orgánica del suelo o residuos de plantas añadidos, bacterias fijadoras de nitrógeno, desechos animales o mediante la aplicación de fertilizantes.
Macronutrientes Los macronutrientes se caracterizan por sus concentraciones superiores al 0.1% de la materia seca. Los tres elementos que se encuentran en mayor concentración son el carbono, el hidrógeno y el oxígeno; los cuales se toman del agua y de la atmósfera. El nitrógeno, el fósforo y el potasio son llamados macronutrientes primarios y es muy frecuente fertilizar con esos nutrientes. Los macronutrientes secundarios son el calcio, el magnesio y el azufre. La presencia de una cantidad suficiente de elementos nutritivos en el suelo no garantiza por sí misma la correcta nutrición de las plantas, pues estos elementos han de encontrarse en formas moleculares que permitan su asimilabilidad por la vegetación. En síntesis, se puede decir que una cantidad suficiente y una adecuada disponibilidad de estos nutrientes en el suelo son fundamentales para el correcto desarrollo de la vegetación.