PREPARACIÓN Y MANEJO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS
DR. PROMETEO SANCHEZ GARCIA
PREPARACIÓN Y MANEJO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS
•Definición del concepto “solución nutritiva”
•Características que definen una solución nutritiva
•Conceptos básicos de química
•Preparación de la Solución nutritiva de Steiner
SOLUCIÓN NUTRITIVA
• Son los nutrimentos en forma disponible disueltos en agua.
• Para que la solución nutritiva tenga disponibles los nutrimentos que contiene, debe ser una solución verdadera.
• La pérdida por precipitación de una o varias formas iónicas de los nutrimentos puede ocasionar su deficiencia en la planta. Además, de este problema se genera un desbalance en la relación mutua entre los iones.
SOLUCIÓN NUTRITIVA
• Cada especie vegetal requiere de una solución nutritiva específica.
• Están constituidas generalmente de aniones (NO3-,
H2PO4-, SO4
2- ) y cationes (K+, Ca2+, Mg2+).
•NH4+ solo está presente en algunas soluciones
nutritivas (Ejemplo Solución nutritiva de Hoagland y Arnold)
CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA
• Relación mutua entre los cationes
• Relación mutua entre los aniones
•La concentración de nutrimentos (conductividad eléctrica)
•El pH
•La relación NO3-:NH4
+
• La temperatura de la solución nutritiva
RELACIÓN MUTUA DE IONES
•Concepto basado en el balance de los nutrimentos.
•El balance consiste no solo en las cantidades absolutas de los iones sino también en la relación cuantitativa que se establece entre los cationes por una parte y los aniones por la otra.
•La demanda y, por lo tanto, la absorción de los macronutrimentos no son lineales durante el desarrollo de la planta, esto trae como consecuencia que también deba sincronizarse la relación mutua entre los iones en la solución nutritiva.
RELACIÓN MUTUA DE IONES
•La sincronización en la relación mutua de iones en la solución nutritiva debe hacerse para evitar desbalances nutrimentales, como por ejemplo antagonismos.
•Algunos antagonismos que se presentan en la solución nutritiva:
K+ con Ca2+
K+ con Mg2+
Ca2+ con Mg2+
NH4+ con Ca2+
NH4+ con K+
Ca2+ y Mg2+
Solución NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+ NH4
+
Relación porcentual en molC m-3
Aniones Cationes
Knop (1865) 79 10 11 23 66 11 -
Robbins (1946) 74 5 21 26 53 21 -
Hoagland y Arnon (1950)
74 5 21 32 42 21 5
Steiner (1961) 60 5 35 35 45 20 -
Resh (1981) 44 8 48 40 40 12 8
Graves (1983) 50 6 44 40 44 16 -
ALGUNOS EJEMPLOS DE SOLUCIONES NUTRITIVAS CON DIFERENTES RELACIONES MUTUAS ENTRE ANIONES Y ENTRE CATIONES
•La diferencia en las relaciones entre los iones de las soluciones nutritivas son debidas a que se generaron en condiciones ambientales diferentes y ninguna de éstas fue formulada para una cierta etapa fenológica.
CONCENTRACIÓN DE NUTRIMENTOS
(Conductividad eléctrica)
•Existe relación directa entre la relación mutua de iones y la CE.
•A mayor CE, la planta necesita mayor energía para absorbe agua y nutrimentos.
•La CE tiene influencia directa sobre la composición química de las plantas.
*A mayor CE se incrementa la concentración de potasio a expensas principalmente de calcio.
*A mayor CE se incrementa la concentración de fósforo y en menor medida la del nitrato, ambos a costa del sulfato.
CONCENTRACIÓN DE NUTRIMENTOS
(Conductividad eléctrica)
•Soluciones nutritivas con CE menores a las que requieren las plantas (menor a 2 dS m-1) se pueden inducir deficieencias nurimentales.
•CE mayores a 6 dS m-1 inducen deficiencia hídrica y aumentan la relación K+ : (K+ + Ca2+ + Mg2+ + NH4
+) ocasionando desbalances nutrimentales (principalmente en los nutrimentos que se mueven por flujo de masas).
pH DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA
•El pH es un valor que oscila entre cero y catorce, y que nos indica la acidez o basicidad, en este caso de la solución nutritiva.
Ácido Básico
0 7 14
•Los iones altera su forma química en función del pH
DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIMENTOS EN FUNCIÓN DEL pH
NITROGENO
FOSFORO
POTASIO
AZUFRE
CALCIO
MAGNESIO
HIERRO
BORO
MANGANESO
COBRE Y ZINC
MOLIBDENO
5.04.54.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.09.510.0
ÁCIDO pH ALCALINO
RELACIÓN NITRATO:AMONIO EN LA SOLUCIÓN NUTRITIVA
NH4+
H+
ATP
H+-ATPasa
NH3NH4+
pHpH H+
NO3-
1H+
ATP
H+-ATPasa
pHpH
2H+
NO3-
2H+
NH3
OH-
H2O
A.
B.
exterior interior
•El NO3- es la principal forma
química en que las plantas se abastecen de N; sin embargo, una pequeña fracción en la forma de NH4
+ presenta algunos beneficios en la nutrición de las plantas.
TEMPERATURA DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA
•Temperatura óptima 22 oC
•A < temperatura < absorción temperaturas menores a 15 oC generan
deficiencias nutrimentales de Ca2+, P y Fe2+
Temperaturas menores provocan que la suberización de la endodermis se extienda al ápice de la raíz e influye en la absorción de los nutrimentos
•Relación directa entre temperatura y oxígeno consumido por la planta
•Relación inversa entre temperatura y oxígeno disuelto en la solución nutritiva
IMPORTANCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA
Mayor asimilación
cuantitativa de nutrimentos
Sinergismo Óptima absorción de
agua
Todos los elementos
disponibles
pH √Relaciones
mutuas iónicas √
C. E. √Nutrimentos √
CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA
NORMALIDAD
N = eq L-1
eq = g / PE
PE = PM / valencia del ión
MOLARIDAD
M = moles L-1
moles = g / PM
PE = PM / valencia del ión
PARTES POR MILLÓN
ppm = mg L-1 = meq L-1/ PM
CÁLCULO DE LA CECE = SUMATORIA DE CATIONES en meq L-1 /10 (mmhos cm-1 = dS m-1)
EJEMPLO 1:
Cálculo del peso equivalente del (NH4)2SO4 y del KNO3
a. (NH4)2SO4
Peso molecular = 132.14
PE = PM / valencia
Valencia = ?
Valencia = 2
PE = 132.14 / 2
PE = 66.07
b. KNO3
Peso molecular = 101.11
PE = PM / valencia
Valencia = ?
Valencia = 1
PE = 101.11 / 1
PE = PM = 101.11
EJEMPLO 2:
Cálculo de gramos de K2SO4 para tener una solución de 1 L con 200 meq de sulfato.
a. Cálculo del peso molecular del K2SO4
K = 39.10 * 2 = 78.20
S = 32.07
O = 16 * 4 = 64.00
N = eq / L
eq = 0.2
b. Cálculo del peso equivalente del K2SO4
PE = PM / valencia
valencia = ?
valencia = 2
PE = 174.27 / 2 = 87.14
N = eq / L
eq = 0.2
PE = 87.14
eq = g / PE
g = eq / PE
g = 0.2 / 87.12 = 0. 0023
= 2.3 mg
EJEMPLO 2 (Continuación):
Cálculo de gramos de K2SO4 para tener una solución de 1 L con 200 meq de sulfato.
PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
Fórmula
Ion NO3- H2PO4
- SO4-2 K+ Ca+2 Mg+2
Concentración (molc m
-3)12 1 7 7 9 4
Concentración(mmol L-1)
12 1 3.4 7 4.9 2
Concentración de la solución nutritiva universal de Steiner (Steiner, 1984)
La solución nutritiva de Steiner es complementada con una mezcla de micronutrimentos (B, Cu, Zn, Mn, Mo) y el Fe puede se adicionado en forma de quelato con buenos resultados (Fe-EDTA).
FERTILIZANTES N ( % ) P2O5 (%) K2O5 (%) Ca(%) S (%) MgO (%) SOLUBILIDAD gr / l.
NITRATO AMÓNICO 33,5 192
SULFATO AMÓNICO 21 24 700
FOSFATO MONOAMÓNICO 12 62 294
NITRATO CÁLCICO 16 21 1220
NITRATO POTÁSICO 13 46 316
NITRATO SODICO 16 730
SULFATO POTÁSICO 50 111
CLORURO POTÁSICO 60 277
NITRATO DE MAGNESIO 279
SULFATO DE MAGNESIO 16 700
FOSFATO MONOPOTÁSICO 230
ÁCIDO NÍTRICO ( 59%)
ÁCIDO FOSFÓRICO ( 75% ) 55 35
EJEMPLO DE FERTILIZANTES QUE PUEDEN SER USADOS PARA PREPARAR LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial
Contenidos nutrimentales en agua
Diferencia
1. Anotar los iones que son requeridos
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial
12 1 7 7 9 4
Contenidos nutrimentales en
agua
Diferencia
2. Anotar las concentraciones iónicas requeridas
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial
12 1 7 7 9 4
Contenidos nutrimentales en
agua
2 0 2.7 0.2 1.8 2.70
Diferencia
3. Anotar las concentraciones iónicas contenidas en el agua
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial
12 1 7 7 9 4
Contenidos nutrimentales en
agua
2 0 2.7 0.2 1.8 2.70
Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3
4. Calcular la diferencia
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial
12 1 7 7 9 4
Contenidos nutrimentales en
agua
2 0 2.7 0.2 1.8 2.70
Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3
5. Verificar que la sumatoria de cationes sea igual a la sumatoria de aniones
Suma de aniones: 10 + 1 + 4.3 = 15.3
Suma de cationes: 6.8 + 7.2 + 1.3 =15.3
Disociación iónica de sales y fertilizantes
FERTILIZANTES ( meq/L) DISOCIACIÓN ( meq / L) DISOCIACIÓN ( mmol/L)
NO3NH4 1 meq/L NO3 1 meq / l . NH4 1 mmol /l. NO3 + 1 meq / l . NH4+
H2PO4NH4 1 meq /l. H2PO4 + 1 meq / l . NH4+ 1 mmo /l.H2PO4
- + 1 meq / l . NH4+
(NO3)2Ca 1 meq /l. NO3 + 1 meq / l . Ca2+ 2 mmo /l. NO-
3 + 1 meq / l . Ca2+
NO3K 1 meq /l. NO-3 + 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. NO3 + 1 meq / l . K+
NO3Na 1 meq /l. NO-3 + 1 meq / l . Na+ 1 mmo /l. NO3 + 1 meq / l . Na+
SO4K2 1 meq /l. SO4
+ 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. SO2-4 + 2 meq / l . K+
(NO3 )2Mg 1 meq /l. NO 3 + 1 meq / l . Mg2+ 2 mmo /l. NO-
3 + 1 meq / l . Mg2+
SO4 Mg 1 meq /l. SO4 + 1 meq / l . Mg2+ 1 mmo /l. SO 2-
4 + 1 meq / l . Mg2+
H2PO4K 1 meq /l. H2 PO4 + 1 meq / l . K+ 1 mmo /l. H2PO4- + 1 meq / l . K+
NO3 H 1 meq /l. NO3 + 1 meq / l . H+ 1 mmo /l. NO-3 + 1 meq / l . H+
H3PO4 1 meq /l. H2PO4- + 1 meq / l . H+ 1 mmo /l. H2PO4
- + 1 meq / l . H+
+-
-
-
2-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
NO3- H2PO4
- SO42- K+ Ca2+ Mg2+
Solución
inicial12 1 7 7 9 4
Contenidos nutrimentales en
agua
2 0 2.7 0.2 1.8 2.70
Diferencia 10 1 4.3 6.8 7.2 1.3
KNO3 2.8 2.8
Ca(NO3)2 4 H2O 7.2 7.2
MgSO4 7 H2O 1.3 1.3
K2SO4 3.0 3.0
KH2PO4 1.0 1.0
10 1 4.3 6.8 7.2 1.3
6. Balanceo seleccionando sales
CÁLCULO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA DE STEINER
meq L-1 requeridos
eq L-1 requeridos
PE g = eq * PE
KNO3 2.8 0.0028 101.11 0.283
Ca(NO3)2 4 H2O 7.2 0.0072 118.08 0.850
MgSO4 7 H2O 1.3 0.0013 123.24 0.160
K2SO4 3.0 0.0030 87.14 0.261
KH2PO4 1.0 0.0010 136.09 0.136
7. Cálculo de los gramos por cada reactivo