COMPOZITIA ELEMENTARA A PLANTELOR

COMPOZITIA ELEMENTARA A PLANTELOR

Elementele implicate in nutritia plantelor, clasificare

Cunostintele legate de compozitia elementara a plantelor servesc la stabilirea bilantului elementelor nutritive, a cantitatilor acestora prelevate din sol prin recolte si in final la stabilirea necesarului (dozelor) de aplicat din elementele fertilizante pentru formarea productiilor agricole si horticole.

Metodologic, prin calcinarea (combustia) la 450-500C a substantei uscate, compusii organici se descompun cu formare de CO2, H2O, NH3, NO, SO2 care se volatilizeaza, rezultand un reziduu mineral, cenusa plantelor respective. Acest reziduu variabil cantitativ si calitativ cu specia, varsta, conditiile de mediu si mai ales cu asigurarea in elemente de nutritie are o reactie bazica si contine peste de elemente chimice. Reactia bazica este datorata prezentei oxizilor unor elemente (K2O, Na2, CaO, MgO) care in solutie (cu apa) formeaza hidroxizii elementelor respective:

K₂0 H₂0 2KOH CaO H₂0 -> Ca(OH)₂

In privinta elementelor minerale detectate in cenusa plantelor evident ca acestea provin din corpul, organele si tesuturile acestora, se numesc elemente nutritive sau nutrienti si daca sortimentul sau numeric nu reprezinta toate elementele sistemului periodic, in mod cert se regasesc in compozitia plantelor clementele existente in mediul nutritiv, de crestere si depozitare a acestora (sol sau substraturi nutritive).

Primele elemente dintre cele organogene C O si H reprezinta aproape din totalul elementelor substantei uscate a plantelor iar primele elemente ca pondere in constitutia plantelor (C, O, H, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Na, CI, Si) reprezinta peste din totalul elementelor corpului plantelor (tabelele si

Elementele organogene (constitutive ale principalelor grupe de substante organice) ca si cele implicate in activarea proceselor enzimatice si in schimbul de substante si energie cu mediul ambiant au importanta esentiala in cresterea si dezvoltarea plantelor, iar insuficienta unuia sau mai multora perturba desfasurarea ciclului vital al organismelor vegetale.

Clasificarea elementelor chimice implicate in nutritia plantelor se face uzual in agrochimie dupa mai multe criterii:

a) Dupa relevanta lor in optimizarea agrochimica a sistemului sol-planta si necesitatea interventiilor prin ingrasaminte si amendamente (Borlan, Hera si colab., Rusu si colab., Dupa acest criteriu elementele majore incluse in nutritia plantelor se incadreaza in doua grupe:

Tabelul

Concentratia medie a elementelor nutritive in plante

(dupa epstein 1972, citat de david si velicica davidescu,

>     elemente cu rol fiziologic (C, O, H) pe care plantele le procura din mediul ambiant si nutritiv si nu fac obiectul unor masuri agrochimice speciale. Cele trei elemente mentionate sunt cu caracter organogen, constitutive ale substantelor organice din recolte;

>     elemente cu rol agrochimie (N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo), plastice dar si cu roluri enzimatice, al caror regim in sol si substraturi nutritive trebuie optimizat prin masuri agrochimice de aplicare a ingrasamintelor. De fapt, in clasificarile consacrate numai aceste elemente se iau in considerare si abordare teoretica si practica.

b) Dupa criteriul cantitativ, al concentratiei in care se afla in plante. Dupa acest criteriu elementele implicate in nutritia plantelor se clasifica in trei grupe:

> macroelemente, aflate in concentratii >de 10'^2% (>0,01%) de regula cu un domeniu de variatie a concentratiilor din plante de la n-10'¹ la n-10'²%din s.u.

elementele, dar mai ales cu efecte enzimatice si catalitice in metabolismul vegetal. Se aplica in cantitati mai reduse ca ingrasaminte, mai cu seama in areale modificate agrochimie si in situatii de prevenire sau corectare a deficientei lor. Prezinta si ele simptome specifice ale insuficientei lor in sol sau alte substraturi nutritive. Concentratia in microelemente a plantelor se exprima in ppm (mg la 1 kg s.u.) element.

> ultramicroelemente, cu concentratii in plante cuprinse in domeniul n-10'^[1]- n-10' %. Aici se includ mai ales elementele radioactive care in doze extrem de mici stimuleaza cresterea si dezvoltarea plantelor.

Clasificarea elementelor nutritive dupa criteriul concentratiei lor in tesuturile vegetale ofera practicii agrochimice primele informatii privind ierarhizarea ca importanta pentru plante a elementelor chimice si chiar o apreciere sumara a marimii dozelor de interventia prin ingrasaminte.

c) Dupa rolul si importanta in procesele metabolice. Prin prisma
acestui criteriu elementele implicate in nutritia plantelor se includ in doua
clase:

>     elemente esentiale, din care fac parte 16 elemente: C, O, H, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo si CI, indispensabile cresterii si dezvoltarii plantelor intrucat sunt implicate direct in nutritie, in functiile lor esentiale nu pot fi inlocuite prin alte elemente, insuficienta sau carenta lor manifestate prin simptome specifice fac imposibila cresterea si dezvoltarea normala si incheierea ciclului vital al plantelor. Evident ca in aceasta clasa se cuprind toate macro- si microelementele de interes pentru lumea vegetala;

>     elemente neesentiale, care nu fac parte din grupa celor esentiale: Pb, Na, Si, Br, I, Se, Sr, Li s.a., elemente care pot favoriza cresterea si dezvoltarea dar absenta lor ramane fara efecte semnificative asupra plantelor sau nu au manifestari atat de grave ca in cazul lipsei celor esentiale.

d) Dupa rolul biochimic si fiziologic indeplinit in plante, cuprinde
mai multe grupe de elemente reunite dupa similitudinea functiilor biochi-
mice si fiziologice (tabelul 2.5).

Criteriile clasificarilor prezentate si mai ales cele ale concentratiei din tesuturi si rolurilor indeplinite in procesele metabolice permit o grupare sintetica a elementelor implicate in nutritia plantelor cu evidente semnificatii practice pentru masurile de fertilizare si optimizare a sistemului sol-planta (tabelul 2.6).

Masuri practice pentru asigurarea optima in sol a nutrientilor se impun in cazul macroelementeior (primare si secundare) si a microelemen-telor principale. Microelementele secundare de regula sunt necesare numai la anumite specii sau in unele fenofaze ale acestora, in anumite procese metabolice, iar caracterul lor esential este discutabil.

Baze.e .grochimice aje fertilizarii in raport cu ro.u. nutnentuor " cerintele ptatdor f e.emente nutritive

mult decat alti cationi raportul acido-bazic din celula si atenueaza functiile de crestere ale azotului. Controleaza sinteza proteinelor, favorizeaza reducerea nitratilor dar mai ales are un rol esential in sinteza si depimerea glucidelor. Influenteaza cantitatea si mai ales calitatea productiilor, mareste rezistenta culturilor la factori nefavorabili (cadere, boli, ger etc).

Sulful (S) este un element cu roluri plastice asemanatoare azotului, face parte din compozitia unor aminoacizi esentiali (cisteina, metionina) si proteine specifice. Activeaza un numar mare de enzime iar prin prezenta sa in tioaminoacizi si proteine este determinant al calitatii productiilor.

Calciul (Ca) este component si stabilizator al membranelor pec-tocelulozice, cu rol in realizarea rezistentei peretilor celulari. Are rol, alaturi de alti cationi, in asigurarea echilibrului acido-bazic al celulelor. Favorizeaza formarea, maturarea si pastrarea fructelor.

Magneziul (Mg), fiind atomul central al moleculei de clorofila, este esential in fotosinteza. Este activator al unui mare numar de enzime, favorizeaza absorbtia si translocarea fosforului, se implica in mai multe reactii de fosforilare ce asigura inmagazinarea si transferul energiei metabolice, favorizeaza sinteza proteinelor si are o prezenta importanta in echilibrul acido-bazic al celulei. Influenteaza sinteza si depunerea glucidelor.

Fierul (Fe) favorizeaza sinteza clorofilei, este implicat in fixarea mai productiva a N2 atmosferic, in sinteza proteinelor si formarea cloro-plastilor. Prin hemoproteine si proteine cu S si Fe intra in compozitia unor enzime implicate in sistemul redox al celulei.

Manganul (Mn), prin metaloproteinele ce il contin activeaza o multitudine de enzime (decarboxilazele, dehidrogenazele). Valentele variabile ce le detine (ca si fierul) ii ofera insusirea de prezenta in sistemele redox ale celulei. Are rol major in fotosinteza (reactia Hill si oxigenare), se implica in sinteza proteinelor si lipidelor.

Cuprul (Cu) este prezent ca activator al enzimelor prin numarul mare de metaloproteine ce il contin. Avand valenta variabila functioneaza in sistemele redox celulare. Favorizeaza sinteza glucidelor si stimuleaza procesele de reproducere la plante.

Zincul (Zn) este component si activator al unor enzime. Este important in fotosinteza, activeaza sinteza proteinelor si implicarea sa in sinteza auxinei ii atribuie rolul de element ce stimuleaza cresterea si dezvoltarea plantelor.

Borul (B) are alaturi de calciu roluri esentiale in stabilizarea peretilor celulari, asigura permeabilitatea si stabilitatea membranelor celulare. Este microelementul cel mai implicat in fecundarea florilor. Activeaza mult sinteza auxinelor si este important in sinteza si transportul carbohidratilor. Este considerat, dintre microelementele cu importanta pentru viata plantelor, mai important cu roluri plastice decat enzimatice, prin compusi de tipul mono- si boratilor complecsi.

Molibdenul (Mo) este mai mult component decat activator al unor enzime si detine astfel roluri esentiale in reducerea nitratilor in planta si fixarea simbiotica a azotului molecular. Intervine in circuitul azotului si stimuleaza sinteza proteinelor.

In sinteza rolurilor elementelor nutritive sus mentionate se pot face

urmatoarele precizari:

> macroelementele au (cu exceptia potasiului) roluri plastice, constitutive, dar specifice si nu se pot inlocui unul pe altul;

> potasiul este implicat mai ales in sinteza si activarea enzimelor;

> microelementele, cu exceptia borului, au prioritar roluri enzimatice (in compozitia si activarea enzimelor). Borul are in esenta roluri plastice constitutive, predominante fata de cele cu caracter enzimatic.

3. Starea de aprovizionare a plantelor cu elemente nutritive

In baza corelarii cresterii plantelor (recoltelor sau biomasei) cu nivelul concentratiei elementelor nutritive s-au apreciat starile de aprovizionare a plantelor cu elemente implicate in nutritie. Prevost si Ollangnier (1954) reprezinta grafic aceasta curba a nutritiei si delimiteaza starile de aprovizionare a plantelor cu elemente nutritive (fig.2.1).

Dupa acest concept si reprezentare a curbei nutritiei plantelor se disting urmatoarele stari de aprovizionare a plantelor cu elemente de nutritie:

a)    Starea normala in care toate elementele se gasesc in cantitati normale de suficienta (aprovizionare) si in rapoarte echilibrate. Aceasta stare de aprovizionare corespunde cu optimul agrochimie al aprovizionarii cu elementele respective in mediul de viata si determina recolte ridicate si de calitate;

b)   Carenta este o stare negativa extrema in aprovizionarea plantelor cu elemente nutritive. Este cauzata de lipsa unuia sau mai multor elemente sau de interactiuni si rapoarte nefavorabile ale nutrientilor. Carenta poate fi:

primara, cand se declanseaza ca urmare a lipsei sau insuficientei naturale a unuia sau mai multor elemente din mediul nutritiv;

■O secundara (sau indusa), determinata prin interventii tehnologice (mai ales agrochimice) aplicate mediului de nutritie a culturilor;

*=> fiziologica, datorata unor fenomene interne (antagonism ionic) sau externe ce perturba activitatea biochimica si fiziologica a plantei (temperaturi scazute, imburuienare etc).

Trebuie mentionat faptul ca toate carentele afecteaza cresterea si dezvoltarea plantelor de regula prin declansarea ireversibila a unor procese biochimice si fiziologice din plante si in final cantitativ si calitativ pro-ductiile^sunt sever diminuate sau chiar inexistente.

In functie de elementul implicat carentele se exteriorizeaza la plante prin simptome (vizuale) specifice iar analitic rezultatele obtinute comparate cu starea normala sau nivelul critic sunt mult mai reduse.

Tratamentele agrochimice (fertilizarile) aplicate pot remonta situatia productiilor scontate dar mult mai economice sunt masurile agrochimice preventive.

c) Insuficienta este numita si carenta ascunsa si este cauzata de o
aprovizionare nesatisfacatoare a plantei sau a unor organe ale acesteia cu
unul sau mai multe elemente de nutritie, stare ce nu se manifesta prin
simptome exterioare desi au loc perturbari biochimice si fiziologice (evi-
dent reversibile) ce afecteaza, in lipsa masurilor de corectare, cantitatea si
calitatea recoltelor. Insuficienta se poate dovedi prin analiza chimica a
plantei sau a unor organe vegetative.

Masurile agrochimice (fertilizarile) intreprinse corect la aceasta stare de aprovizionare sunt cele mai eficiente.

d) Nivelul critic este punctul concentratiei ce exprima trecerea de
la insuficienta la starea normala de aprovizionare cu nutrienti. Acest mo-
ment al concentratiei a fost definit astfel: concentratia minima pentru
recolta maxima (Tyner, concentratia la care se obtine din
randamentul maxim (Smith, bennett, ca reprezinta nivelul de la care aplicarea ingrasamintelor nu mai determina sporuri economice de recolta (Dumenil, sau ca limita cea mai redusa a concentratiei la care recolta incepe sa descreasca comparativ cu nivelul optim (Ulrich,

Cert este faptul ca in agrochimie concentratia elementelor nutritive la nivelul critic constituie un criteriu foarte important de apreciere (de referinta, chiar) a starii de nutritie si de fertilizare a plantelor.

Interventia agrochimica prin fertilizarea plantelor (sau a solului) la aceasta stare (sau moment) al aprovizionarii (concentratiei) cu elemente desi sporeste continutul elementului in tesuturi nu determina sporuri semnificative de productie.

e)  Consumul "de lux', aprovizionarea "de lux', abundenta sau excesul moderat este starea de aprovizionare in care concentratia depaseste nivelul critic iar acumularea unuia sau mai multor elemente nu este urmata de sporuri de recolta si nici de efecte fitotoxice.

f)    Starea de toxicitate se manifesta cand acumularea unui element absorbit provoaca in celule fenomene ireversibile care perturba sever sau chiar intrerup metabolismul normal al plantelor si provoaca moartea celulei.

Starile de aprovizionare cu elemente nutritive si limitele ce le separa au fost sintetizate de FlNCK (tabelul

Din punct de vedere agrochimie, teoretic si practic, starile de aprovizionare a plantelor cu elemente nutritive au urmatoarele semnificatii:

>   optimizarea agrochimica a sistemului sol-planta, prin fertilizare si amendare, are ca rezultat dorit "starea normala' a concentratiei elementelor;

>   starile extreme de aprovizionare cu elemente de nutritie a plantelor (carenta, insuficienta, excesul, toxicitatea), trebuie prevenite intrucat masurile de corectare a acestora sunt uneori ineficiente si totdeauna neeconomice;

>   interventia agrochimica cea mai eficienta s-a dovedit a fi cea facuta la starea de insuficienta la care aprovizionarea precara cu unul sau mai multe elemente nu a cauzat inca procese biochimice si fiziologice grave si ireversibile;

>   se poate aprecia ca grafica curbei nutritiei (descrisa de Prevost si Ollagnier, si limitele intre starile de aprovizionare (stabilite de Finck, sunt mult diferentiate intre macro- si microelemente. La starile de carenta insuficienta, curba este mai lenta la macroelemente la care ratele de scadere (reducere) sunt resimtite de plante intr-un timp mai mare decat la microelemente, iar la starile de exces, variatia mai mare o au microelementele in manifestarea aspectelor negative, macroelementele actionand mai rapid in degradarea si diminuarea recoltelor;

> aplicarea uneori a ingrasamintelor peste nivelul critic al concentratiilor, cand se manifesta starea consumului "de lux', este total neeconomica.

In practica agrochimica analizele de sol si planta, controlul permanent al starii de nutritie a plantelor evidentiaza aceste stari si in consecinta se pot lua rapid masurile de prevenire si remediere (prin aplicarea de ingrasaminte si amendamente) mai ales a starilor negative ce se manifesta.

4. Legatura dintre compozitia plantelor si cea a scoartei terestre

Elementele minerale care intra in compozitia plantelor provin din cel mai important mediu (substrat) de aprovizionare care este solul. De aceea nu este intamplator paralelismul care se face intre compozitia plantelor si alcatuirea generala a solului, ba chiar mai mult se apreciaza starea de fertilitate a solului prin prisma cantitatilor de elemente chimice acumulate in plante. Din aceasta comparare a sortimentului de elemente chimice si concentratia acestora din planta fata de sol (scoarta terestra) se deduc urmatoarele aprecieri:

primele elemente ale compozitiei litosferei (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Mn, H, S, Ti, C, CI, P) alcatuiesc din scoarta terestra (pe adancimea de km), iar restul elementelor din compozitia acesteia reprezinta numai Primele trei elemente constitutive ale scoartei terestre, O, Si, Al reprezinta din aceasta, iar primele opt elemente formeaza 97,13% din litosfera;

elementele dominante ale materiei vii vegetale (C, O, H, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, CI, Na) reprezinta din totalul elementelor iar frecventa lor in scoarta terestra este de

regasim aproape aceleasi elemente constitutive in litosfera si plante dar cu nivele de reprezentare in alta ordine cantitativa, fenomen la care a contribuit mult si absorbtia selectiva a elementelor din sol de catre plante;

de regula macroelementele N, P, K, Ca, Mg au o reprezentare mai mare in plante decat in sol, iar la microelemente, aceste diferente sol-planta sunt mult mai reduse.

Acest paralelism ce se face intre concentratiile elementelor din plante si sol aduce in atentia practicii agrochimice cel putin doua concluzii:

>     prima arata ca pe masura ce diferentele sunt in favoarea celor din planta, necesitatea aplicarii ingrasamintelor cu aceste elemente este mai mare (cazul macroelementelor);

>     apoi, se impune in acest paralelism un control analitic la planta si sol care principial si cantitativ este un relevant mijloc de control al nutritiei plantelor si fertilizarii solului ce fundamenteaza de fapt dirijarea nutritiei plantelor prin fertilizare corecta.