IMPORTANCIA DEL CALCIO EN LA NUTRICION DE LA PAPA Amparo Medina Quito, Junio 2008

Aspectos Generales Calcio en el suelo

•Quinto elemento más abundante en la corteza terrestre (3.6% - 4.2%) •Mineral primario que constituye la principal reserva de Ca en la mayoría de los suelos: Anortita (Calcita en suelos calcáreos) •Funciones en el suelo: Estructura – Floculación de arcillas Estimula la actividad microbial benéfica Amortigua efectos tóxicos de Al y Na •Formas disponibles: Ca intercambiable (adsorbido arcillas y materia orgánica en el suelo) Ca2+ como catión soluble.

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Aspectos Generales Calcio en el suelo

La aplicación de calcio como enmienda y como nutriente al suelo se recomienda en agricultura porque: •Contribuye a reducir la acidez •Tiene efectos sobre la disponibilidad de fósforo •Reduce los niveles de amonio soluble, el cual es potencialmente tóxico •Contribuye a la liberación de nitrógeno y algunos elementos menores a partir de la M.O. •Reduce la actividad de algunos microorganismos patógenos •Los excesos de calcio en el suelo afectan la disponibilidad de elementos como hierro y manganeso

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Aspectos Generales

Niveles de elementos recomendados en el suelo Elemento pH (unidades) C.E. (dS·m-1) N mineral (mg·kg-1) P Olsen (mg·kg-1) K (cmol·kg-1) Ca (cmol·kg-1) Mg (cmol·kg-1) S (mg·kg-1) Fe (mg·kg-1) Mn (mg·kg-1) Cu (mg·kg-1) Zn (mg·kg-1) B (mg·kg-1)

BAJO 0.6

Fuente: Adaptado de Laboratorio de Suelos, Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Métodos: N mineral (KCl 1N), P (Olsen), Bases (Ac. Amonio 1N), Elementos menores (DTPA), S y B (Extrato de Saturación AM - Date: 2008-06-10 - Page: 4

Aspectos Generales

Niveles de elementos solubles recomendados en el suelo

Elemento N-NH4 (mmol·l-1) N-NO3 (mmol·l-1) P (mmol·l-1) K (mmol·l-1) Ca (mmol·l-1) Mg (mmol·l-1) S (mmol·l-1)

BAJO 4.0

Fuente: Adaptado de Laboratorio de Suelos, Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Métodos: Extracción en relación agua:muestra de 2:1. Elementos expresados en mol por litro

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Aspectos Generales Absorción de calcio

•Absorción activa: requiere energía proveniente de la respiración. •Transporte dentro de la planta estimulado por transpiración. •La absorción de Ca2+ requiere actividad metabólica, que se expresa en continuo crecimiento. •El Ca2+ se absorbe por raíces no suberizadas (jóvenes) y pelos adsorbentes •No fácil penetración por raíces de anclaje, suberizadas, con banda de Caspary desarrollada. •Se requiere una alta concentración de Ca2+ soluble en el suelo para facilitar la absorción

Zona de raíces laterales (ramificación)

Zona de asimilación de calcio

Zona de diferenciación

Zona de pelos absorbentes

Cofia o ápice radical

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Aspectos Generales Absorción de calcio

Esquema de un posible mecanismo de absorción de Ca mediado por las bombas de ATP-asa Pared celular – Exterior de la célula pH = 5 H+

Ca2+ NO3- H+ sacarosa

H+

Ca2+ Membrana

Membrana ATPasa H+ ATP + H2O

Co-transporte ADP + Pi o simporte Citosol – Interior de la célula pH = 7

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H+ K+ Transporte de intercambio o antiporte

Aspectos Generales

Factores que afectan la absorción de calcio Factores edáficos •Temperatura del suelo: bajas temperaturas afectan absorción •Aireación: Falta de oxígeno inhibe respiración en la raíz (déficit de energía) •pH o concentración de H+ (competencia) •Altas concentraciones de N-NH4+(competencia) Factores ambientales •Concentración de CO2 •Radiación solar (Luz) •Humedad relativa

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Fotosíntesis ⇒ Crecimiento Transpiración ⇒ Movimiento del agua dentro de la planta

Aspectos Generales

Factores que afectan la absorción de calcio Efecto del pH de la solución nutritiva sobre el contenido de elementos en la parte aérea del frijol (Phaseolus vulgaris) 120

Absorción relativa %

100

80 60

40

20

K pH = 8.5

Ca

Mg pH = 5.5

Mn

N-NO3 pH = 4.0

Adaptado de Islam (1980), citado por Marschner (1986) AM - Date: 2008-06-10 - Page: 9

P

S pH = 3.3

Aspectos Generales

Transporte de calcio dentro de la planta •Es un elemento bastante inmóvil en el floema. •Las dicotiledóneas como la papa, tienen relativamente mayores requerimientos de calcio que las monocotiledóneas

•La capacidad de intercambio catiónico de los tejidos vegetales es esencial para el transporte del calcio a los órganos con baja transpiración como flores, frutos y tubérculos.

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Tabla 3. Comparación entre los exudados del xilema y del floema en Nicotiana glauca Sustancia Exudado del floema Exudado del xilema Relación (pH = 5.6 – 5.9) floema/xilema (pH = 7.8 – 8.0) -3 -3 g*m g*m Materia 170000 – 196000 1100 – 1200 155 – 139 seca Sacarosa 155000 – 168000 No detectable Azúcares Ausente No analizado reductores Aminas 10808.0 283.0 38.2 Nitrato No detectable No analizado Amonio 45.3 9.7 4.7 Potasio 3673.0 204.3 18.0 Fósforo 434.6 68.1 6.4 Cloro 486.4 63.8 7.6 Azufre 138.9 43.3 3.2 Calcio 83.3 189.2 0.44 Magnesio 104.3 33.8 3.1 Sodio 116.3 46.2 2.5 Hierro 9.4 0.60 5.7 Zinc 15.9 1.47 10.8 Manganeso 0.87 0.23 3.8 Cobre 1.20 0.11 10.9 Tomado de Hocking (1980) citado por Marschner (1986) AM - Date: 2008-06-10 - Page: 11

Funciones metabólicas del calcio Compartimentalización

Una alta proporción del calcio se encuentra en el apoplasto de las plantas, es decir, principalmente en las paredes celulares, pero también se acumula en las vacuolas, siendo baja la concentración en el citosol Retículo endoplasmático

Citosol

Pared Celular

Calcio

Tomado y adaptado de Marschner, 1994

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Membrana Celular

Vacuola

Funciones metabólicas del calcio

Estabilización y elongación de la pared celular Al combinarse con la pectina presente en la pared celular, se forman pectatos de calcio que proporcionan resistencia mecánica a la pared. La pectina es degradada por la enzima poligalacturonasa, que se inhibe en presencia de calcio. Paredes resistentes promueven: •Resistencia de los tejidos al ataque de algunos hongos y bacterias •Resistencia a condiciones de estrés •Mayor duración en la poscosecha El calcio estimula la elongación de raíces y la síntesis de pared celular.

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Funciones metabólicas del calcio

Estabilización y elongación de la pared celular Acificación

Auxina

-Ca2+ en la pared

“Aflojamiento” de la pared celular

+Ca2+ en citosol Elongación de la célula

Síntesis de nueva pared AM - Date: 2008-06-10 - Page: 14

Funciones metabólicas del calcio

Secreción y estabilización de membranas celulares Procesos de secreción •Celulosa para la formación de la pared •Muscílago en el ápice radical •Secreción de calosa, compuesto involucrado en la translocación de asimilados Estabilización de membranas celulares •Coordinando enlaces entre los grupos fosfato y carboxilo de los fosfolípidos presentes en las membranas •Selectividad •Lixiviación o pérdida de solutos

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Funciones metabólicas del calcio

Balance anión-catión y regulación osmótica •El calcio almacenado en las vacuolas actúa como contra-ión (“counter ion”) o ión de intercambio con aniones para mantener el balance electroquímico en la célula •La concentración de calcio contribuye a regular el potencial hídrico u osmorregulación. La acumulación en las vacuolas permite la hidración de la célula sin causar daños por excesos de sales •El calcio actúa como mensajero secundario para la traducción de señales internas y externas que permiten el funcionamiento normal y adaptación de la planta

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H2PO4-

Ca2+

NO3-

Mg2+

SO42-

H2PO4-

K+ NH4+ H+ Ca2+

Funciones metabólicas del calcio

Traducción y modulación de señales ambientales Poda

Luz

Infecciones

Cambios en temperatura SEÑAL

Estrés Ca2+

Ca2+

Ca2+

R

Inositol trifosfato

Cambios hormonales

R

Ca2+

Membrana Celular

Ca2+ Ca2+

Ca2+ Ca2+

Ca2+

Calmodulina Ca2+

R.E. ó Vacuola Tomado y adaptado de Marschner, 1994 AM - Date: 2008-06-10 - Page: 17

Procesos metabólicos

Enzimas

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Respuestas fisiológica

Funciones metabólicas del calcio Efectos de la deficiencia de calcio Efectos primarios 1.

Degradación de paredes celulares

2.

Pérdida de estabilidad de la membrana celular

3.

Reducción en la elongación (crecimiento) celuar • Secreción de celulosa • Se afecta la respuesta a señales hormonales

Síntomas visibles •Pudriciones y malformaciones en órganos jóvenes •Clorosis y necrosis en hojas jóvenes AM - Date: 2008-06-10 - Page: 18

Efectos secundarios • • • • • • • •

Debilitamiento de tejidos Mayor sensibilidad al estrés y ataque de plagas y enfermedades Pudrición de tejidos Pérdida de sustancias almacenadas al interior de la célula Acumulación de sustancias que “atraen” plagas y enfermedades Muerte de las células Inhibición del crecimiento, especialmente en la raíz Se afecta la absorción de agua y otros nutrimentos

Esquema de las interacciones entre enfermedades fungosas y balance nutricional Hongo Cutícula Ca+2

Fenoles Aminoácidos Citoplasma Citoplasma 3 Vacuola Vacuola 1 Ca+2 Azúcares 2 Ca+2 Toxinas 3 Ca+2 Ca+2

Pared Celular: Celulosa, lignina, tec.

Esquema del mesófilo Puntos clave para la infección: 1 2 3 AM - Date: 2008-06-10 - Page: 19

Difusión hacia fuera de compuestos de bajo peso molecular Permeabilidad de la membrana celular Interacciones hongo/célula (fitoalexinas, toxinas, etc

Interacciones con otros elementos •Al ser un catión (ión con carga positiva) el calcio interactúa con otros cationes. •Tanto en el suelo como en la planta, se liga a las cargas negativas presentes y se intercambia hacia las fases solubles. Por tanto, debe existir un equilibrio para no afectar su funcionamiento y asimilación •Excesos de potasio, magnesio y nitrógeno amoniacal afectan la absorción de calcio, porque lo desplazan de los sitios de intercambio •La presencia de calcio soluble alivia la toxicidad del sodio en suelos salinos y de aluminio en suelos ácidos. •El sobre encalado afecta la disponibilidad y por tanto puede inducir deficiencias de boro, cobre, manganeso, hierro y zinc. •La interacción Ca/B es una de las más importantes AM - Date: 2008-06-10 - Page: 20

Interacciones con otros elementos •La presencia de calcio aminora los síntomas de deficiencia de boro. Si ambos son bajos, la sintomatología es más severa •La deficiencia de B puede aumentar la absorción de Ca pero bloquear su transporte hacia tejidos jóvenes •La asociación entre Ca y B ha sido observada en plantas, bacterias, animales y humanos. En el caso de las plantas, esto se relaciona con funciones metabólicas similares •Ambos participan en la estabilización de paredes y membranas celulares •El Ca estabiliza compuestos de B •Los pectatos de Ca en paredes celulares se reducen en condiciones de deficiencia de B •El Ca inhibe la descomposición de galacturanos asociados a B (estabilidad de paredes)

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Interacciones con otros elementos •La presencia de B favorece la fijación de Ca en paredes celulares •Hay evidencia reciente de que el B podría interactuar en la modulación (traducción) de señales hormonales mediadas por Ca, regulando algunas moléculas intermediarias en la expresión final de esas señales. Algunas relaciones nutricionales que involucran calcio Relación

Promedio general

Ca/Mg

1.3 – 5.5

Ca/Na

> 65

Ca/Mn

80 – 175

Ca/B

300 – 600

Nota: Las relaciones Ca/Mn y Ca/B están expresadas en mg·kg-1 o ppm

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El calcio en el cultivo de la papa Necesidades de calcio

•En la planta de papa, el calcio se acumula principalmente en las hojas. •Debido a su inmovilidad, se requieren dosis relativamente altas ya que el tubérculo debe absorber directamente el calcio necesario para suplir sus propias necesidades. •Por tanto, la localización de calcio en el suelo y la presencia de suficiente calcio soluble es necesaria para que el estolón y tubérculo en desarrollo puedan asimilarlo •La necesidad y aplicación de calcio se dan especialmente en la etapa de tuberización

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• •••• ••• •

El calcio en el cultivo de la papa

120

6

100

5 Ca planta completa

80

4 Calcio tubérculo

60

3

40

2

20

1

0

0 0-15

15-30

30-45

45-60

60-75

75-90

90-105

Días después de emergencia

Fuente: Adaptado de Kolbe y Stephan-Beckmann (1997)

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105-120

120-135

mg/planta/día (tubérculo)

mg/planta/día (toda la planta)

Necesidades de calcio

El calcio en el cultivo de la papa

Remoción de nutrientes (Kg/t de papa) - Holanda

N, K (kg/t)

P, Ca, Mg (kg/t)

7

0,7

6,5 0,6

6

0,6

5 4

0,5 4 0,35

0,4

3

0,3

2

0,2 0,1

1

0,1

0

0 N

P

Fuente: Beukema & Van der Zaag (1990)

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K

Ca

Mg

El calcio en el cultivo de la papa Contenidos en hojas y pecíolos EDAD/TEJIDO Plantas de 30 cm de alto/Lámina foliar Plantas en tuberización/ Lámina foliar Tubérculos de visibles (>10 g)/pecíolos

BAJO

OPTIMO

ALTO

< 0.75

0.75 – 1.00

> 1.00

< 1.50

1.50 – 2.50

> 2.50

< 0.60

0.60 – 2.50

> 2.50

Fuente: Diagnostic techniques for improving crop production , B. Wolf 1997 Muestras: tomar las láminas de hojas recién maduras o jóvenes expandidas. Se requieren 25 hojas.

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El calcio en el cultivo de la papa Movimiento dentro de la planta •La mayor parte del calcio en la planta de papa es absorbido por el sistema radical

Ca foliar permanece en las hojas

•Una vez absorbido, se mueve hacia arriba, acumulándose en las hojas, de donde no se retransloca a otras partes de la planta •En el tubérculo, el suministro de calcio se da a través de estolones, pelos absorbentes del tubérculo y a través de la piel o cáscara

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Ca asimilado por la raíz se mueve hacia arriba

Pelos absorbentes y estolones proveen Ca al tubérculo

El calcio en el cultivo de la papa Efectos en la calidad del tubérculo •Se ha encontrado que los principales efectos de la aplicación de Ca como nutrimento en el cultivo de la papa, se relacionan con la calidad del tubérculo. Los problemas de calidad de tubérculo más asociados con la nutrición de calcio en papa son: •Mancha parda del interior del tubérculo (MPT/IRS) •Pudrición de tubérulo asociadas a bacterias (pudrición blanda) •Problemas de la piel o cáscara como roñas, rajaduras, falta de brillo y poca resistencia a la manipulación en poscosecha •Calidad asociada a peso y tamaño de tubérculos AM - Date: 2008-06-10 - Page: 28

El calcio en el cultivo de la papa Efectos en la calidad del tubérculo •Se ha encontrado que los principales efectos de la aplicación de Ca como nutrimento en el cultivo de la papa, se relacionan con la calidad del tubérculo. Los problemas de calidad de tubérculo más asociados con la nutrición de calcio en papa son: •Mancha parda del interior del tubérculo (MPT/IRS) •Pudrición de tubérulo asociadas a bacterias (pudrición blanda) •Problemas de la piel o cáscara como roñas, rajaduras, falta de brillo y poca resistencia a la manipulación en poscosecha •Calidad asociada a peso y tamaño de tubérculos AM - Date: 2008-06-10 - Page: 29

El calcio en el cultivo de la papa

Efectos en la calidad del tubérculo – EE.UU. % MPT

% Ca en la piel

70

MPT = mancha parda del interior del tubérculo

60 50 40 30 20 10 0 0

84 Dosis de Ca (kg/ha)

Fuente : Tzeng et al., 1986

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252

0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0

El calcio en el cultivo de la papa

Efectos en la calidad del tubérculo - Alemania % MPT 60 50

MPT = mancha parda del interior del tubérculo

40 30 20 10 0 0,005

0,007

0,009

0,011

0,013

Ca en la carne del tubérculo (% en BS) Sitio 1 Sitio 2 Fuente : Sulaiman and Pawelzik, 2001

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0,015

El calcio en el cultivo de la papa

Efectos en la calidad del tubérculo – Reino Unido

40 35 30 25 20 15 10 5 0

Indice de Desorden (Severidad x Incidencia)

Helminthosporium (sarna plateada) Rhizoctonia (sarna negra) Spongospora (roña polvosa) Streptomyces (roña común) Calidad de la cáscara

Testigo AN Fuente : Ensayos independientes Yara (1998)

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CN Sólido

El calcio en el cultivo de la papa Efectos en el número de tubérculos

Tubérculos por planta

25 20 15 10 5 0 Nitrato de amonio

Fuente : Ozgen and Palta, 2004

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Nitrato de Calcio

El calcio en el cultivo de la papa Efectos en el peso de tubérculos Peso de tubérculos (g)

60 50 40 30 20 10 0 Nitrato de Amonio

Fuente : Ozgen and Palta, 2004

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Nitrato de Calcio

El calcio en el cultivo de la papa

Efectos en el rendimiento – variedades EE.UU. Rendimiento Kg/planta

2 1,5 1 0,5 0 cv. Atlantic Nitrato de amonio Nitrato de Calcio Fuente : Gunter et al., 1996

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cv. Dark Red Norland

El calcio en el cultivo de la papa Síntomas de deficiencia

•Los síntomas de deficiencia de Calcio en papa son difíciles de observar en campo, especialmente en la parte aérea de la planta •En condiciones severas, se puede observar amarillamiento o clorosis de las hojas jóvenes y posteriormente aparición de manchas necróticas en los bordes.

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El calcio en el cultivo de la papa Síntomas de deficiencia

•Son más comunes los síntomas en el tubérculo, como la necrosis interna, lento crecimiento •También se afeta el crecimiento de la raíz

•En tubérculo-semilla, se observan áreas pardas o cafés cercanas a los puntos de brotación

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El calcio en el cultivo de la papa Síntomas de deficiencia

•En condiciones de cultivo en sustrato, sin aplicación de calcio en la solución nutritiva, se observa colapso de los pecíolos y puntos de crecimiento.

•En estas condiciones, los tubérculos desarrollan un agrietamiento severo.

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Portafolio de productos Yara cultivo de la papa

Fertilizantes recomendados para papa YaraMila Complex 12.11.18+2.7(MgO)+8S+Micronutrientes Es un fertilizante balanceado que proporciona elementos mayores y micronutrientes en forma completa y equilibrada Contiene polifosfatos de amonio y potasio (25%) que contribuyen a reducir las pérdidas por fijación de fósforo, facilitando su asimilación Contiene 5.1% de Nitrógeno nítrico que aumenta la disponibilidad de este elemento Por ser una mezcla química, la aplicación de nutrientes en el suelo es homgénea Se encuentra libre de sodio y cloro, reduciendo el riesgo de salinización

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Los Polifosfatos Una característica especial de YaraMila prills 

Son formas solubles de fósforo



Formados por la condensación de ortofosfatos a altas temperaturas y presión



El proceso de producción de YaraMila NPK prills resulta en un 20 a 25% de polifosfatos del total de fósforo. O HO

P

O OH + HO

OH

P OH

+ Calor + Presión AM - Date: 2008-06-10 - Page: 41

O

- H2O OH

HO + H2O

P OH

O

O

P OH

OH

Los Polifosfatos Una característica especial de YaraMila prills •Al no estar cargados, los polifosfatos permanecen más tiempo en la solución del suelo y no se fijan fácilmente •Promueven la asimilación de fósforo •Promueven la asimilación de elementos menores

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Mayor absorción de P con polifosfatos Caso maíz Ensayo en invernadero, suelo franco-arcilloso pH 7,7 57,6

Contenido total P [mg/maceta]

60 46,8

50 40 30

23,0

20 10 0 no P

Sin Poli-P

Con Poli-P Fuente.: Torres-Dorante et al, 2006

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Fertilizantes recomendados para papa YaraMila Actyva 27.5.5+3S Es un fertilizante ideal para proporcionar Nitrógeno en el reabone al cultivo de la papa Proporciona fósforo y azufre en relaciones adecuadas con respecto al nitrógeno Contiene polifosfatos que aumentan la eficacia del fósforo aplicado Es una mezcla química que garantiza homogeneidad en la aplicación de N-P-K-S Por su solubilidad es de alta eficiencia AM - Date: 2008-06-10 - Page: 44

YaraMila Actyva 27.5.5+3S

N P

K S 27% Nitrógeno 44% nítrico 56 % amónico 5% Fósforo (P2O5)

70% soluble en agua 20% como polifosfatos 30% soluble en citrato

5% Potasio 3% Azufre en forma de Sulfato

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Fertilizantes recomendados para papa YaraLiva Nitrabor 15.0.0+26CaO+0.3B Es el único fertilizante de alta solubilidad que proporciona nitrógeno, calcio y boro en forma equilibrada Contiene 15,45% de N, con 14,25% en forma nítrica, forma eficiente de aplicación de N Proporciona 26% de CaO soluble, necesario para mayor calidad y peso de los tubérculos Ayuda a prevenir enfermedades de la cáscara del tubérculo Contiene 0,3% de Boro soluble que complementa la acción del calcio. AM - Date: 2008-06-10 - Page: 46

Línea Foliar – Suspensiones Concentradas YaraVita Son fertilizantes foliares formulados como suspensiones concentradas, que presentan numerosas ventajas. Mínimo riesgo de toxicidad, por permitir una aplicación más controlada Son más resistentes al lavado Mayor versatilidad para las mezclas Permanecen más tiempo en el cultivo La penetración del nutrimento está garantizada por la presencia de adyuvantes especiales en la formulación AM - Date: 2008-06-10 - Page: 47

HYDROMAG ZINTRAC 700 TEPROSYN Zn/P BORTRAC 150 MAGZIBOR PHOLEX Zn SAFE K CROPLIFT

Línea Foliar – Suspensiones Concentradas YaraVita Concentración en gramos por litro YaraVita

N

P2O5 K2O MgO

HYDROMAG

Zn

200

Mo

1.0

1.3

0.03

300

BORTRAC 150

150 69

116

PHOLEX Zn

140

70

100

SAFE K

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Mn

700

TEPROSYN Zn/P

CROPLIFT

Cu

300

ZINTRAC 700

MAGZIBOR

B

500 100

40

70

0.7

0.2

Línea Foliar – Cristales de alta solubilidad Kristalon

AMARILLO AZUL BLANCO LILA MARRON ROJO VERDE

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Son fertilizantes foliares formulados como cristales muy eficaces para el complemento de la fertilización edáfica Alta solubilidad, facilidad de aplicación y homogeneidad Amplia gama de formulaciones para cada necesidad y etapa del cultivo Faciles de utilizar

Línea Foliar – Cristales de alta solubilidad Kristalon Concentración en porcentaje (%) KRISTALON Fórmula N tot.

NO3

NH4 P2O5 K2O

MgO

S

Amarillo

13.40.13

13

13

13

40

40

40

40

Azul

17.6.18

4,4

4,4

4,4

13

13

13

13

Blanco

15.5.30

8,6

8,6

8,6

-

-

-

-

Lila

20.8.8

17

17

17

-

-

-

-

Verde

18.18.18

8,0

8,0

8,0

6

6

6

6

Marrón

3.11.38

9,0

9,0

9,0

18

18

18

18

Rojo

12.12.36

15

15

15

2

2

2

2

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GRACIAS POR SU ATENCION

Preguntas?

AM - Date: 2008-06-10 - Page: 51