Nel sec. XIX nasce Nel sec. XIX nasce
la chimica agraria la chimica agraria
Liebig esplorò per primo, e con basi scientifiche, i meccanismi con Liebig esplorò per primo, e con basi scientifiche, i meccanismi con
cui le piante si nutrono cui le piante si nutrono
Kaliapparat
Liebig formalizzò la “legge del minimo”
Liebig formalizzò la “legge del minimo”
La crescita della pianta è controllata dal fattore di
crescita presente in quantità minore rispetto al
fabbisogno
La legge del minimo di Liebig La legge del minimo di Liebig
Va
Va tuttavia tuttavia osservato osservato che che la la resa resa agronomica agronomica tiene tiene complessivamente
complessivamente conto conto ee dipende dipende da da tutti tutti ii fattori fattori limitanti
limitanti
Legge della “produttività decrescente”
Legge della “produttività decrescente”
(legge di Mitscherlich) (legge di Mitscherlich)
Quando si apportano al suolo dosi crescenti di un
fattore limitante, gli incrementi di resa ottenuti
sono sempre minori via via che le quantità
apportate aumentano.
Legge della “produttività decrescente”
Legge della “produttività decrescente”
(legge di Mitscherlich) (legge di Mitscherlich)
Curva di Mitscherlich adattata a dati di crescita
ottenuti su piantine di mais allevate in serra ed
esposte a dosi crescenti di apporto azotato.
Relazione empirica tra la risposta di crescita della pianta (o la resa agronomica) e la concentrazione del nutriente nei tessuti vegetali
La condizione si realizza quando un solo fattore è limitante e
tutti gli altri sono mantenuti costanti
Risposte di crescita di piantine di pino allevate su suolo sabbioso
Legge della Legge della
“interdipendenza tra i fattori di crescita”
“interdipendenza tra i fattori di crescita”
Incrementare un fattore non limitante non aumenta la resa Esiste un rapporto di interdipendenza tra fattori di crescita
Legge della Legge della
“interdipendenza tra i fattori di crescita”
“interdipendenza tra i fattori di crescita”
Interpretative model illustrating the response of a crop to a number of limiting factors (from Sumner and Farina 1986)
Interdipendenza
Interdipendenza tra i fattori di tra i fattori di crescita crescita
Interdipendenza tra gli elementi nutritivi della pianta
Interdipendenza tra gli elementi nutritivi della pianta:
il rapporto Mg/K
Un rapporto equilibrato tra i due cationi nel suolo si realizza
quando Mg/K = 0.6-1.6 (in mg kg -1 ), oppure 2-5 (in meq 100 g -1 )
ne consegue che…
- incrementare un fattore non limitante non aumenta la resa - esiste un rapporto di interdipendenza tra fattori di
crescita
- gli elementi nutritivi sono assimilati secondo rapporti stechiometrici ben definiti
- la carenza di un nutriente, sebbene tutti gli altri siano alle idonee concentrazioni, fa si che la biosintesi di un
composto o lo svolgersi di un processo fisiologico non
avvengano
Gli organismi viventi si comportano come sistemi altamente selettivi che concentrano al loro interno gli elementi della nutrizione prelevandoli dall'ambiente circostante
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
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 della nutrizione delle piante
Classificazione degli elementi nutritivi in relazione alla loro provenienza e quantità assorbita dalla pianta
ELEMENTI NUTRITIVI
Elementi assorbiti dal suolo
Macroelementi Microelementi Accessori Elementi presi
dall’aria e dall’acqua
Sodio (Na)
2Silicio (Si)3 Cobalto (Co)
4Boro (B)
Rame (Cu) Ferro (Fe) Manganese (Mn)
Molibdeno (Mo) Zinco (Zn) Cloro (Cl)
3Carbonio (C)
Idrogeno (H) Ossigeno (O)
Azoto (N)
1Fosforo (P)
1Potassio (K)
1Zolfo (S)
2Calcio (Ca)
2Magnesio (Mg)
21Elementi nutritivi principali secondo la legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010).
2Elementi nutritivi secondari dalla legislazione sui fertilizzanti (d.lgs. n. 75/2010).
3Il cloro e il silicio non compaiono fra gli elementi della fertilità.
4Il cobalto è incluso fra i microelementi,.
Valori medi della concentrazione di alcuni
nutrienti nella sostanza secca delle piante
Gli elementi della nutrizione delle piante
Gli elementi della nutrizione delle piante
Gli elementi della nutrizione 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
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.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.
Gli elementi della nutrizione 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
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 azotoCofattore enzimatico. E' essenziale per il metabolismo dei carboidrati, per la sintesi delle proteine e per l'allungamento degli internodi negli steli.
I nutrienti nel suolo si trovano in forma libera, adsorbita e combinata
Processi di natura chimica, chimico-fisica e biologica ne modulano
la disponibilità, cioè la concentrazione nella fase liquida. La
reintegrazione del nutriente è legata allo stabilirsi di equilibri
dinamici tra le frazioni ( pool ).
La NUE (nutrient use efficiency) esprime l’efficienza d’uso di un nutriente (Moll, 1982)
La NUE (nutrient use efficiency) esprime l’efficienza d’uso di un nutriente (Moll, 1982)
NUE =
Ns (nutriente fornito) Gw (sostanza secca)
Gw Nt Nt Ns
Gw Ns
NUE = uptake efficiency x utilization efficiency
Tw Nt Tw Gw
Gw Nt
G W /N t = harvest index x biomass production efficiency
Total biomass produced per unit of applied fertiliser N.
Multiple interacting environmental and genetic factors
Nitrogen Use Efficiency (NUE)
www.uic.edu
