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La nutrizione minerale degli ortaggi

La guida completa per conoscere tutti gli elementi di cui il terreno ha bisogno e i loro effetti

La nutrizione minerale degli ortaggi

1. Introduzione

Le piante, traggono il loro nutrimento, a partire da due fonti:

  1. Aria, dalla quale assorbono, tramite le foglie, anidride carbonica (CO2) che con la clorofilla e l’energia solare viene               trasformata in zuccheri e nelle altre sostanze organiche.
     
  2. Terreno, dal quale assorbono i sali minerali attraverso le radici.

Gli elementi nutrizionali delle piante, sono suddivisi in:

  1. Macroelementi
        a) Principali (carbonio C, ossigeno O, idrogeno H, azoto N, fosforo P, potassio K)‏
        b) Secondari o mesoelementi (magnesio Mg, calcio Ca, zolfo S)‏
     
  2. Microelementi o oligoelementi o elementi catalitici (ferro Fe, zinco Zn, manganese Mn, rame Cu, boro B,                 molibdeno Mo, cloro Cl ecc.).

Gli elementi minerali che le piante devono trovare nel suolo, al fine di soddisfare le loro esigenze nutritive, sono:

  • Azoto N
  • Fosforo P
  • Potassio K

Questi sono considerati i minerali indispensabili al loro sviluppo e alla loro produzione. Oltre a questi, le piante hanno bisogno anche di altre piccole quantità di elementi, presenti normalmente nel terreno o nei concimi stessi come:

  • Calcio Ca
  • Magnesio Mg
  • Ferro Fe

In merito alla nutrizione minerale occorre sottolineare che la crescita e la produttività delle piante non dipende solo dalla quantità totale di elementi nutritivi nel terreno, ma anche dalla loro disponibilità per la coltura.
Per questo, la disponibilità di un elemento minerale nel suolo può essere:

  1. Disponibilità chimica totale: la quantità totale di ciascun elemento presente nel terreno;
     
  2. Disponibilità chimica solubile: la forma chimica che ne determina l’assorbimento da parte delle piante;
     
  3. Disponibilità fisiologica: l’antagonismo o il sinergismo che altri elementi possono esercitare sull’assorbimento         chimico, dipendente a sua volta da:
        1) pH.
        2) Temperatura
        3) Grado d’ossigenazione del terreno
        4) Radiazione solare
        5) Presenza e attività della microflora e fauna del terreno.

2. Macroelementi principali

2.1. Azoto N

E’ considerato il macroelemento principale più importante per la nutrizione dei vegetali, in quanto elemento plastico che condiziona la crescita delle piante.
A livello cellulare, è il componente principale delle proteine, degli amminoacidi, degli acidi nucleici (DNA e RNA), dei nucleotidi, degli, alcaloidi, della clorofilla degli enzimi ecc.

L’azoto favorisce:

  1. L’allungamento del fusto e dei germogli
  2. Lo sviluppo globale della pianta
  3. Il miglioramento dell’attività fogliare
  4. Il colore verde intenso alle foglie
  5. La fioritura
  6. L'irrobustimento dei tessuti cellulari
  7. Il potenziamento dell’assorbimento di altri elementi nutritivi come il fosforo P.

L’azoto, assunto dalle piante come azoto ammoniacale NH3 o come azoto elementare N2 per simbiosi dai batteri azotofissatori, è presente nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma organica (amminoacidi e proteine): è quella più diffusa a livello cellulare, ma per essere assorbita dalle           piante deve subire processi di degradazione ad opera dei microrganismi (batteri, alghe, funghi ecc.) in grado di             trasformarla in azoto nitrico e ammoniacale facilmente assimilabile
     
  • Forma ammoniacale NH3 (ammoniaca) o NH4+ (ione ammonio): è trattenuta dal potere assorbente del                       terreno e viene trasformata in azoto nitrico.
     
  • Forma nitrica NO3-: è la forma più assimilabile dalle piante, ma non essendo trattenuta dal potere assorbente         del terreno, può perdersi per dilavamento con le acque di pioggia o di irrigazione nelle falde e dare problemi di           inquinamento (eutrofizzazione).

Le carenze di azoto nel terreno, provocano:

  • Rallentamento della crescita
  • Ingiallimento delle foglie (clorosi), prima quelle basali, poi quelle apicali (andamento acropeto) e nei casi più                 gravi disseccamento anticipato e successiva caduta (filloptosi)
  • Sviluppo vegetativo e radicale stentato
  • Maturazione anticipata dei frutti, che risultano piccoli e di scarse qualità organolettiche
  • Cascola di fiori (antoptosi) e di frutticini (carpoptosi).

Gli eccessi, invece, determinano:

  • Ritardo nella lignificazione dei tessuti
  • Allungamento del ciclo vegetativo delle piante
  • Incremento del consumo d’acqua da parte delle piante
  • Diminuzione della resistenza meccanica dei tessuti come ad esempio nei cereali (allettamento)
  • Eccessivo lussureggiamento e sviluppo delle piante
  • Maggiore suscettibilità alle malattie e agli agenti atmosferici
  • Peggioramento della qualità dei frutti.

2.2. Fosforo P

E’ presente come elemento di base per la formazione degli acidi nucleici (DNA e RNA), delle proteine ed enzimi, delle sostanze di riserva dei semi e tuberi (fitina e fosfolipidi), fa parte dei composti che regolano gli scambi energetici (ATP, ADP e AMP) e partecipa al metabolismo dei lipidi.

Il fosforo favorisce:

  1. Crescita delle radici
  2. Formazione dei fiori con stimolazione del processo di fioritura
  3. Irrobustimento dei tessuti e incremento della resistenza alle avversità atmosferiche e parassitarie
  4. Miglioramento delle caratteristiche qualitative dei frutti
  5. La maturazione dei frutti.

Il fosforo, assunto dalle piante come ione fosfato trivalente PO43- oppure come ione fosfato monovalente H2PO4- o ione fosfato bivalente HPO42-, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma organica: è la forma più diffusa a livello cellulare, ma deve subire un processo di mineralizzazione per             essere assorbita;
     
  • Forma minerale, sua volta divisa in:
            1) Frazione solubile, prontamente a disposizione delle piante come ione fosfato PO43- contenuta nella soluzione             circolante
            2) Frazione scambiabile, trattenuta dalle particelle del terreno e ceduta gradualmente alle piante;
            3) Frazione precipitata, poco solubile o insolubile presente nel terreno sotto forma di fosfati di calcio Ca3PO4,                   fosfati di alluminio AlPO4 e fosfati di ferro FePO4.

Dato che il fosforo è un elemento poco mobile nel terreno, le carenze si verificano non tanto per una vera e propria mancanza, ma per insolubilizzazione dovuta alla combinazione con minerali in terreni in condizioni anomale (pH troppo acido o alcalino ed eccessi di calcare), che lo rendono non disponibile per le piante.

Queste carenze si manifestano con:

  • Accrescimento stentato delle piante
  • Foglie di colore verde opaco, tendenti al violaceo - rossastro o brunastro
  • Foglie disposte ad angolo più acuto del normale lungo il fusto
  • Riduzione della crescita delle radici
  • Diminuzione della formazione dei fiori, frutti e semi.

Gli eccessi comportano invece:

  • Eccessiva allegagione di frutti
  • Maturazione anticipata dei frutti
  • Carenze di ferro Fe e zinco Zn (in quanto elementi antagonisti)
  • Riduzione della produzione.

2.3. Potassio K

E’ presente come elemento nei tessuti delle piante (in particolare nella parete cellulare), legato agli zuccheri, l’amido, le proteine e i lipidi, nell’embrione del seme e negli organi deputati alla fotosintesi e all'accumulo delle sostanze nutritive di riserva.

Il potassio favorisce:

  1. La produttività delle colture dal punto di vista qualitativo
  2. L’accumulo degli zuccheri negli organi di riserva (es. semi o radici)
  3. La resistenza delle piante al freddo e alle malattie per irrobustimento dei tessuti
  4. Il turgore cellulare, migliorando la resistenza della pianta alla siccità

Il potassio assunto dalla pianta come ione potassio K+, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Potassio organico: disponibile per la pianta solo dopo il processo di mineralizzazione;
     
  • Potassio solubile: la frazione disponibile contenuta nella soluzione circolante del terreno;
     
  • Potassio scambiabile: trattenuto dal terreno come ione potassio K+ e meno disponibile di quello solubile;
     
  • Potassio fissato: forma non disponibile in quanto legata all’interno dei minerali argillosi;
     
  • Potassio minerale: facente parte dei minerali del terreno (feldspati, miche, silvite, carnallite), inutilizzabile per             le piante se non la parte che diventa solubile nei processi di formazione del suolo.

Essendo un elemento poco solubile e mobile nel terreno, le carenze di potassio sono limitate ed imputabili solo alle asportazioni della pianta e ai fenomeni d’erosione nel terreno.

Le carenze di potassio comportano:

  • Ritardo dell’accrescimento, soprattutto delle foglie
  • Ingiallimento degli apici e dei margini delle foglie, seguito da disseccamento e deterioramento dei tessuti
  • Scarsa fruttificazione, la quale risulta di un colore pallido, di minore grandezza e malformata
  • Sviluppo di tessuti di sostegno poco resistenti (es. nei cereali si verificano tipiche ginocchiature)
  • Accartocciamenti fogliari.

L'eccesso determina invece:

  • Carenze sia di calcio Ca che di magnesio Mg, in quanto essendo un elemento antagonista, ne rallenta il loro                 assorbimento;
  • Maggior consumo di acqua e sostanze nutritive, rispetto ai normali fabbisogni di cui le piante richiedono                        giornalmente.

3. Macroelementi secondari

3.1 Calcio Ca

È un elemento che entra nella costituzione della parete cellulare all’interno delle pectine (a livello della lamella mediana) e lo si ritrova come componente delle proteine che costituiscono il DNA e l'RNA, negli organi fotosintetici e nelle cellule come ossalato di calcio o carbonato di calcio CaCO3.
Il calcio favorisce:

  1. La neutralizzazione di alcuni acidi organici presenti nei succhi cellulari (acido ossalico, acido malico, acido succinico     ecc.), prodotti dalla pianta
  2. L’assunzione di altri elementi (es. potassio K, sodio Na e magnesio Mg) nei quali svolge un’azione sinergica
  3. Lo sviluppo delle radici
  4. La durezza delle pareti cellulari
  5. L’attività degli enzimi che degradano l’amido (amilasi).

Il calcio assunto dalla come ione calcio Ca2+, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Calcio minerale: la frazione non disponibile e presente nei minerali contenenti tale elemento come la calcite,              l’aragonite, il calcare, la dolomite e il gesso;
     
  • Calcio solubile: la frazione disponibile, presente nella soluzione circolante del terreno e facilmente assorbibile;
     
  • Calcio scambiabile: la frazione legata ai minerali argillosi del terreno. A sua volta suddiviso in tali forme di:                 a) Calcare totale
            b) Calcare attivo.

Le carenze di calcio sono frequentemente diffuse nei terreni acidi ricchi di torba e sostanza organica. Queste si manifestano con:

  • Ingiallimento marginale dell’apice delle foglie, con successivo disseccamento e arrotolamento delle parti colpite
  • Riduzione dell’ispessimento dei tessuti e delle radici
  • Alterazione dei frutti (es. marciume apicale del pomodoro)
  • Acidificazione del terreno
  • Morte degli apici vegetativi e delle radici.

Gli eccessi comportano invece:

  • Carenze di fosforo P, potassio K e magnesio Mg, in quanto essendo un elemento antagonista ne rallenta il loro              assorbimento
  • Carenze di ferro Fe e boro B per inattivazione chimica degli stessi elementi nutritivi.

3.2 Magnesio Mg

È un elemento che entra nella costituzione della molecola della clorofilla, delle pectine della parete cellulare, della fitina dei semi e in alcuni enzimi.
Il magnesio favorisce:

  1. L’assorbimento del fosforo P
  2. L’accumulo degli amidi nei semi dei cereali e dell’olio nelle piante oleifere (es. semi oleaginosi)
  3. L’attività fotosintetica e respiratoria delle piante
  4. La sintesi delle proteine
  5. La sintesi dei caroteni e delle xantofille.

Il magnesio assunto dalle piante come ione magnesio Mg2+, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Magnesio minerale: la frazione non disponibile presente sotto forma di minerali come anfiboli, pirosseni,                   miche,  magnesite e dolomite
     
  • Magnesio solubile: la frazione disponibile per le piante presente nella soluzione circolante
     
  • Magnesio scambiabile: la frazione legata ai minerali argillosi del terreno.

Le carenze di questo elemento sono frequenti nei terreni sabbiosi sottoposti a dilavamento e laddove vi sono eccessi di potassio K e calcio Ca.

I sintomi da carenza si manifestano con:

  • Piante stentate e di colore pallido
  • Ingiallimento delle foglie a partire da quelle basali, con successivo disseccamento e caduta anticipata

I sintomi da eccesso comportano invece: 

  • Fenomeni di fitotossicità a carico delle piante.

3.3. Zolfo S

Questo elemento, entra nella costituzione delle proteine, degli amminoacidi solforati (metionina, cistina e cisteina), delle vitamine e di molti oli essenziali.

Lo zolfo favorisce:

  • La fissazione dell’azoto atmosferico (N2), grazie all’azione dei batteri azotofissatori.
  • L’attività fotosintetica e respiratoria delle cellule attraverso il regolare svolgimento delle funzioni enzimatiche.

Lo zolfo assunto dalle radici delle piante come ione solfato SO42- e in parte dalle foglie come anidride solforosa SO2 gassosa, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma organica: è quella maggiormente rappresentata, ma per divenire disponibile per le piante necessita del processo di mineralizzazione.
  • Forma minerale: è quella presente nelle rocce contenenti zolfo come l’anidrite, il gesso, la pirite e la calciopirite.
  • Forma solubile: è quella presente nella soluzione circolante e subito disponibile per le piante.

I sintomi da carenza di zolfo, si manifestano con:

  • Ingiallimento delle foglie (clorosi) e giallumi diffusi.
  • Riduzione dell’accrescimento.
  • Qualità scadente dei prodotti, soprattutto in quelli a base di zolfo (aglio, cipolla, asparago, cavolo, senape, scalogno ecc.).

Lo zolfo tuttavia può diventare dannoso in caso di eccesso nel terreno, in seguito all’assorbimento di solfati a partire dal terreno apportati con l'inquinamento dell'aria sottoforma di piogge acide rappresentate dall'acido solforico H2SO4, oppure attraverso l’accumulo di SO2 a livello fogliare.

4. Microelementi

4.1. Ferro Fe

Il ferro è considerato uno dei microelementi più importanti per la nutrizione minerale delle piante, in quanto svolge funzioni catalitiche nel favorire il regolare svolgimento delle reazioni biologiche entrando nella costituzione di molti enzimi e proteine (tra cui i citocromi).

Il ferro favorisce:

  • L’attività enzimatica
  • La sintesi delle proteine e degli acidi nucleici (DNA e RNA)
  • La sintesi della clorofilla
  • L’attività respiratoria e fotosintetica delle piante
  • La fissazione dell’azoto atmosferico N2 nelle piante azotofissatrici

Il ferro assunto dalle piante prevalentemente come ferro ferroso Fe2+, in parte come ferro ferrico Fe3+ o come ferro legato a composti organici, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma minerale: è la frazione meno disponibile, presente nel terreno come idrossidi di ferro Fe(OH3) o fosfati di ferro FePO4 quasi sempre insolubile e non assimilabile dalle piante.
  • Forma organica: è la frazione un po’ più disponibile che si trova quasi sempre legata alla sostanza organica del terreno (acidi fulvici e acidi umici), che lo legano come chelati di ferro e lo cedono gradualmente alla soluzione circolante.

Le carenze di ferro, molto comuni anche nei terreni con una buona dotazione, si verificano non tanto per la sua mancanza ma per il crearsi di condizioni anomale al suo normale assorbimento come:

  • pH troppo alcalino (7 - 8,5)
  • Elevato contenuto di calcio Ca e calcare attivo
  • Eccesso di manganese Mn, zinco Zn, rame Cu, magnesio Mg, calcio Ca e rame Cu

I sintomi da carenza di ferro, si manifestano con:

  • Clorosi internervale delle foglie che nei casi più gravi evolve in un disseccamento prima apicale e poi marginale a partire dalle foglie giovani (andamento basipeto)
  • Produzione di frutti piccoli con sviluppo stentato
  • Cascola precoce di foglie e frutti

Sono particolarmente sensibili alla carenza di ferro, varie specie erbacee come:

  • Fragola
  • Soia
  • Arachide
  • Sorgo
  • Mais

4.2. Zinco Zn

E’ un elemento che entra nella costituzione di molti enzimi, proteine e nella clorofilla.
Lo zinco favorisce:

  • La sintesi delle proteine e dell’amido
  • L’assorbimento del fosforo P
  • La sintesi delle auxine (ormoni per la crescita delle piante)
  • L’incremento della resistenza delle piante al freddo

Lo zinco assunto dalle piante come ione zinco Zn2+, può trovarsi nel terreno nelle seguenti forme:

  • Zinco minerale: la frazione che si trova legata ai minerali argillosi del terreno, non sempre disponibile per le piante.
  • Zinco organico: la frazione legata alla sostanza organica del suolo e ceduta gradualmente alla soluzione circolante
  • Zinco solubile: la frazione prontamente disponibile e assorbibile per le piante.

Le carenze di questo elemento si manifestano tipicamente nei terreni a pH troppo acido o troppo alcalino, in presenza di elevate concentrazioni di fosforo P, azoto N, ferro Fe e rame Cu e nelle piante esposte a forti illuminazioni.
I sintomi si manifestano con:

  • Germogli di colore bianco e stentati
  • Riduzione dell’accumulo di proteine e amido nelle piante da tubero

4.3. Manganese Mn

Il manganese è anch’esso un microelemento che entra nella costituzione di molti enzimi e proteine della pianta.
Il manganese favorisce:

  • La formazione della clorofilla
  • La sintesi di nucleotidi, che svolgono funzioni fotosintetiche e respiratorie
  • La produzione di vitamina C
  • La produzione di ossigeno durante la fotosintesi
  • L’incremento della serbevolezza di radici e tuberi

Il manganese assunto dalla pianta come ione manganoso Mn2+, è presente nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma minerale: la frazione non disponibile di manganese nel terreno in quanto legata ai minerali sotto forma di ossido di manganese MnO2 non solubile.
  • Forma solubile: la frazione presente nella soluzione circolante prontamente disponibile per le piante.

Le carenze di manganese sono frequenti nei terreni a pH troppo alcalino o acido, in ambienti freddo – umidi o siccitosi e in presenza di un’elevata quantità di ferro Fe, calcio Ca, magnesio Mg e zinco Zn.

I sintomi da carenza si manifestano con:

  • Comparsa di striature grigiastre ai margini e lungo la lamina fogliare (es. avena)
  • Ingiallimenti fogliari più o meno diffusi con lieve arrotolamento delle foglie
  • Macchie brune e depresse nei semi (es. fava e fagiolo)

I sintomi da eccesso di manganese, comportano l'insorgenza invece fenomeni di fitotossicità, in quanto considerato metallo pesante.

4.4. Rame Cu

E’ un elemento presente in molti enzimi metabolici che presiedono alla fotosintesi clorofilliana e alla respirazione cellulare.

Il rame favorisce:

  • L’attività fotosintetica (entra nella costituzione della plastocianina)
  • L’attività respiratoria (entra nella costituzione dei citocromi)
  • La sintesi delle proteine e degli zuccheri
  • La stabilizzazione della clorofilla
  • La fissazione dell’azoto atmosferico N2 negli organismi azotofissatori

Il rame assunto dalla pianta come ione rameico Cu2+, è presente nel terreno nelle seguenti forme:

Rame minerale: la frazione legata ai minerali argillosi e quindi non disponibile per le piante.

Rame organico: la frazione legata alla sostanza organica del suolo e ceduta gradualmente alle piante solo dopo il processo di mineralizzazione.

Rame solubile: La frazione presente nella soluzione circolante prontamente disponibile per l’assorbimento della pianta.

Le carenze di questo elemento sono molto frequenti nei terreni a pH troppo alcalino, in presenza di elevate quantità di fosforo P e nei terreni argillosi o troppo ricchi di sostanza organica.
I sintomi da carenza, si manifestano con:

  • Scarso sviluppo delle radici e dei germogli
  • Ingiallimento e scarso accrescimento delle foglie, le quali possono risultare deformi, arrotolarsi e cadere anticipatamente
  • Nei cereali, sviluppo delle piante a rosetta con conseguente avvizzimento delle foglie

Gli eccessi, comportano invece:

  • Fenomeni di fitotossicità in caso di elevate quantità (metallo pesante)
  • Sintomi da carenza di ferro Fe per riduzione del suo assorbimento

4.5. Boro B

Si tratta di un elemento che entra nella costituzione di molti enzimi e proteine cellulari ed è fondamentale per il regolare svolgimento dell’attività metabolica delle piante. E’ anche un costituente fondamentale degli zuccheri.

Il boro favorisce:

  • La riproduzione delle cellule
  • Il metabolismo degli zuccheri
  • La crescita dei tessuti giovani
  • La germinazione dei semi
  • La formazione del polline e la fioritura
  • L’allegagione dei frutti e l’accrescimento delle radici
  • La sintesi del DNA, RNA e proteine
  • L’assorbimento di altri elementi nutritivi

Il boro assunto dalla pianta come acido borico H3BO3, o come ione borato BO32-, o come ione boroso BO2-, è presente nel terreno nelle seguenti forme:

  • Forma minerale: la frazione che si trova legata ai minerali contenenti boro come la tormalinaSi tratta di minerali poco alterabili, capaci di liberare l’elemento molto lentamente nel tempo.
  • Forma solubile: è la frazione presente sotto forma di borato di sodio Na3 (BO3)2, soprattutto nei terreni di origine marina.
  • Forma scambiabile: è quella legata ai minerali argillosi del terreno.

La carenze di questo elemento sono frequenti nei terreni con eccesso di calcio Ca, potassio K e azoto N, i quali essendo elementi antagonisti ne determinano un minore assorbimento.
La carenza è comune anche nei terreni sabbiosi, nei climi aridi ad elevata siccità o ad alto contenuto di calcare.

I sintomi da carenza, si manifestano con:

  • Riduzione dell’accrescimento dei germogli e delle radici, che mostrano fessurazioni e aree brunastre
  • Formazione di frutti disformi con macchie necrotiche sulla buccia e sulla polpa dei frutti

Nel caso specifico degli ortaggi, le carenze di boro comportano:

  • Bietola: marcescenza della parte interna della pianta (marciume del cuore)
  • Cavoli: sviluppo del fusto cavo e il disseccamento dell’infiorescenza
  • Sedano: indurimento delle guaine fogliari

I sintomi da eccesso, provocano invece:

  • Fenomeni di fitotossicità in caso di elevate quantità
  • Sintomi da eccesso di calcio Ca e potassio K

4.6. Molibdeno Mo

E’ un elemento nutrizionale considerato come il costituente essenziale degli enzima nitrogenasi che presiede alla fissazione dell’azoto atmosferico N2, dell’enzima nitrato riduttasi che presiede alla trasformazione dei nitrati NO3- in ammonica NH3 e di molti enzimi e proteine.

Il molibdeno favorisce:

  • La fissazione dell’azoto atmosferico
  • La sintesi delle proteine e degli enzimi
  • L’accrescimento delle cellule
  • Lo sviluppo dei germogli
  • La produzione di frutti

E’ un elemento che viene assunto dalla pianta principalmente come ione molibdato MoO42-. E’ presente in elevate quantità in terreni alcalini e ricchi di potassio.
Mentre nei terreni acidi, ricchi di sostanza organica, in presenza di solfati SO42-, alluminio Al e manganese Mn, si possono verificare carenze.

I sintomi da carenza, si manifestano con:

  • Carenze di azoto N
  • Ingiallimento, deformazione e appassimento degli organi fogliari
  • Alterazioni dello sviluppo e accrescimento stentato
  • Caduta anticipata dei fiori
  • Scarsa allegagione dei frutti
  • Comparsa di clorosi, maculature necrotiche e mancata fioritura (es. leguminose)
  • Riduzione, scomparsa della lamina fogliare e mancata formazione dell’infiorescenza (es. cavolfiore)
  • Formazione di galle e suberosità a carico delle radici (ernia delle crucifere)

5. Assorbimento e trasporto degli elementi nutritivi

Il meccanismo che regola il processo di assorbimento degli elementi nutritivi nel terreno, è dovuto principalmente alle interazioni che si possono stabilire tra loro e all’eventuale sinergia o antagonismo che possono sviluppare.
Tutto questo è dovuto principalmente al fatto che gli elementi minerali, sono presenti contemporaneamente nella cosiddetta soluzione circolante del suolo, da cui poi vengono assorbiti dalle radici delle piante.
Gli elementi nutritivi presenti nella soluzione circolante del terreno, vengono assorbiti principalmente sotto forma di ioni, ossia atomi carichi elettricamente i quali possono risultare sia cationi (a carica positiva +), che anioni (a carica negativa -). L’assorbimento e il successivo trasporto degli elementi nutritivi sotto forma ionica all’interno della pianta, avviene secondo vari meccanismi che sono:

  • Diffusione
  • Scambio ionico
  • Trasporto attivo

5.1. Diffusione

La diffusione è un processo principalmente fisico condizionato dalla temperatura secondo il quale il flusso d’acqua provocato dalla traspirazione fogliare fa si che gli ioni minerali passino da una zona di maggiore concentrazione (terreno) ad una zona a minore concentrazione (spazi liberi tra le delle cellule), prima di raggiungere i punti di scambio ed essere assorbiti.
Il processo non consuma energia metabolica perché sfrutta il gradiente di concentrazione, e il passaggio degli ioni da una zona all’altra è mediato dalla membrana semipermeabile delle cellule della radice.
Il meccanismo di assorbimento per diffusione attraverso la membrana semipermeabile più diffuso è l’osmosi che avviene grazie all’instaurarsi di un potenziale osmotico tra le cellule.

5.2. Scambio ionico

Lo scambio ionico è un processo tipicamente di natura elettrostatica, comporta un consumo di energia termodinamica da parte delle piante e consiste nel trasporto degli ioni minerali all’interno della pianta, semplicemente per scambio tra quelli presenti sulla superficie della radice con quelli presenti invece nella soluzione circolante del suolo.
Questo processo di natura fisico – chimica permette inoltre un vero e proprio controllo e una successiva selezione degli ioni assorbiti.

Lo scambio degli ioni oltre che dipendere dall’energia di legame dei metalli, dipende anche dal contenuto delle sostanze presenti nell’humus o sostanza organica del suolo (es. acidi umici e acidi fulvici), dalle pectine presenti sulla radice, dallo stadio vegetativo della pianta e dalla sua attività metabolica.
In base al tipo di ione che viene scambiato e alla capacità del terreno, possiamo avere:

  • Capacità di scambio cationico (CSC)
  • Capacità di scambio anionico (CSA)

Mentre la capacità di scambio cationico (CSC), è la capacità di scambiare elementi sotto forma di cationi (es. Na+, K+, Ca2+ ecc.), la capacità di scambio anionico (CSA) è invece la capacità di scambiare elementi sotto forma di anioni (es. CO32-, PO43- ecc.).

La CSC delle radici, si misura in meq (milliequivalenti)/100 g di s.s. (soluzione circolante del suolo).
Un esempio di scambio ionico molto diffuso è quello che avviene tra lo ione calcio Ca2+ presente nelle piante e lo ione potassio K+ presente nel terreno.

Come abbiamo già detto lo scambio ionico è dipendente anche dalla specie di pianta interessata. Infatti nelle monocotiledoni (es. mais, frumento ecc.) la capacità di scambio cationico CSC delle radici è piuttosto debole variando da 9 a 30 meq/100 g di s.s., mentre nelle dicotiledoni (es. pomodoro e cavolo) è più forte essendo superiore a 30 meq/100 s.s.

Questo significa che dove la CSC è più debole, vengono trattenuti meglio gli ioni monovalenti (es. K+ e Na+), rispetto a quelli bivalenti (es. Ca2+ e Mg2+). Mentre dove la CSC è più forte vengono trattenuti meglio, gli ioni bivalenti rispetto a quelli monovalenti. Infatti nelle monocotiledoni il legame che lega lo ione Ca2+ risulta più debole del legame che lega lo ione K+.

Nelle dicotiledoni invece il legame dello ione Ca2+ è più forte di quello del K+. Per questo, le graminacee (es. frumento), non hanno difficoltà ad assorbire lo ione K+ anche in terreni dove il livello di potassio è basso. E infatti se le graminacee vengono consociate assieme alle leguminose specialmente in presenza di un’adeguata concimazione azotata, la competizione che possono creare nell’assorbimento del potassio è molto forte.

Nei terreni con basso contenuto di potassio soprattutto nei mesi invernali dove l’assimilazione è ridotta, la sopravvivenza delle leguminose consociate assieme alle graminacee diviene difficoltosa a causa della loro competizione a cui segue il suo ridotto accumulo negli organi di riserva della pianta (radice, colletto e fusto) anche se l’azotofissazione non risulta disturbata.
Le graminacee al contrario trovano difficoltà quando nel terreno le disponibilità dell’azoto sono scarse.
Per questo mentre la concimazione azotata favorisce le graminacee, quella potassica favorisce le leguminose.
Successivamente anche il trasporto dello ione potassio K+ è regolato da un:

  • 1° sistema: agisce a basse concentrazioni nella soluzione circolante più adatto all’assorbimento delle graminacee.
  • 2° sistema: agisce ad altre concentrazioni che funziona sia per le graminacee che per le leguminose.

Tuttavia però, siccome la maggior parte dei terreni italiani e soprattutto quelli centro – meridionali sono molto ricchi di potassio, l’effetto delle concimazioni potassiche è molto ridotta a differenza dei terreni del Nord Europa più acidi dove invece la concimazione potassica ha effetti rilevanti.

5.3. Trasporto attivo

Gli ioni assorbiti dal terreno da parte delle radici, subiscono in una fase successiva un processo di selezione grazie ad un meccanismo energetico. Gli ioni dalle radici per poter raggiungere lo xilema (i vasi di trasporto dell’acqua e dei minerali), devono attraversare la parete cellulare il tonoplasto (la membrana dei vacuoli cellulari), percorrere tutto il simplasto (l’insieme dei tessuti tra una cellula e l’altra) e superare una barriera detta banda del Caspary.
Per poter effettuare questa operazione, le piante ricorrono al trasporto attivo ossia un processo di assorbimento degli ioni che avviene contro gradiente di concentrazione che consuma energia metabolica sotto forma di ATP.
Attraverso il trasporto attivo gli ioni possono muoversi da una zona a minore concentrazione (radici) ad una zona a maggiore concentrazione (cellule e vasi xilematici).

Il processo del trasporto attivo è mediato da proteine di trasporto dette trasportatori o carrier, che hanno la capacità di legare sia cationi che anioni, facendogli superare l’ostacolo del Caspary in modo da renderli liberi nelle cellule.
Queste proteine possono essere sia molecole proteiche vere e proprie che canali proteici. Si tratta in ogni caso di proteine ad alta specificità dipendente dal tipo di elemento da trasportare
Il processo del trasporto attivo, attraverso la membrana come abbiamo detto, comporta un consumo di energia metabolica ed è strettamente dipendente dalla pompa sodio/potassio Na+/K+ che richiede l’intervento dell’enzima ATP-asi.

Il legame dei cationi e degli anioni sulla proteina trasportatrice, è situato su punti specifici ed è per questo che le interazioni che possono svilupparsi tra gli elementi nutritivi possono essere numerose.
Infatti quando più ioni presentano lo stesso punto d’assorbimento si possono avere delle vere e proprie inibizioni competitive come avviene nel caso degli ioni Ca2+ e Ba2+, oppure per gli ioni Cl- e Br-.
In altri casi di interazione, vi sono ioni che interferiscono sull’attività del trasportatore e sulla permeabilità delle cellule e in altri casi ioni che agiscono da veri e propri trasportatori.

6. Sinergismo e antagonismo

Con il termine di sinergismo si intende la capacità di un elemento nutritivo di favorire l’assorbimento di un altro.
L’antagonismo è invece la capacità di un elemento nutritivo di bloccare l’assorbimento di un altro.

6.1. Sinergie

Un esempio molto diffuso di sinergismo è quello che viene a crearsi tra l’azoto e il fosforo (N/P).
La positività di questo effetto sinergico è dovuto alla capacità dell’azoto N di stimolare a livello radicale la formazione di radici numerose e sottili. In questo modo aumenta la superficie assorbente delle radici, la CSC e anche l’assorbimento del fosforo P.

Tra i concimi azotati che sono capaci di incrementare l’assorbimento del fosforo ricordiamo i sali ammoniacali (es. nitrato d’ammonio NH4NO3). Questo concime inoltre svolge non solo l’effetto di agire positivamente sul trasportatore del P, ma permettendo un maggiore assorbimento di azoto sotto forma di ione ammonio NH4+ e ione potassio K+ determina anche il rilascio di ioni idrogeno H+ acidi e quindi anche un abbassamento del pH in suoli alcalini. In questo modo gli ioni H+ rilasciati modificano il rapporto tra gli ioni H2PO4- e HPO42- con il vantaggio di aumentare sia la loro solubilità che l’assorbimento.

L’attività sinergica riguardo l’assorbimento degli elementi nutritivi del suolo è condizionata anche dall’attività della microflora (es. batteri e funghi) e microfauna del terreno.
Questi organismi viventi implicati nel processo di nitrificazione (cioè trasformazione dell’ N-organico non disponibile in N-inorganico disponibile) determinano anch’essi un abbassamento del pH a cui fa seguito un incremento dell’assorbimento del P. Inoltre gli organismi del terreno stimolano anche la produzione di essudati radicali agendo positivamente sia sulla CSC che sulle radici delle piante.

Un esempio ulteriore di sinergismo relativo all’assorbimento del fosforo si verifica a seguito della distribuzione del fosfato biammonico 18 - 46 detto anche concime starter.
In questo concime composto l’incremento dell’assorbimento del fosforo è dovuto alla presenza dell’NH4+ che agisce da trasportatore degli ioni HPO42- rendendoli più solubili e facilmente assimilabili.
La concimazione con sali ammoniacali deve tenere conto anche di altri effetti sinergici d’interazione come quella tra lo ione ammonio e il potassio NH4+/K+.
Infatti entrambi gli ioni sono facilmente trattenuti dalle cariche negative dei minerali argillosi, per cui l’apporto di sali ammoniacali migliora l’assorbimento di entrambi.

6.2. Antagonismi

Vi sono tuttavia anche casi ed esempi di antagonismo tra elementi nutritivi come quello che si sviluppa tra il potassio, calcio e magnesio K/Mg-Ca.
Infatti dosi elevate di potassio riducono l’assorbimento sia del magnesio che del calcio aumentando le carenze di questi ultimi. Viceversa dosi elevate di calcio e magnesio riducono l’assorbimento del potassio.
Per questo nei terreni per evitare carenze di elementi nutritivi è necessario che il rapporto K/Mg sia adeguato.
Infatti in un suolo equilibrato dal punto di vista nutritivo, un buono rapporto tra K/Mg deve oscillare tra:

  • 1 - 7% per il K+
  • 10 – 15% per l’Mg2+

Inoltre quando nel rapporto tra calcio e magnesio Ca/Mg l’intervento di concimazione favorisce il magnesio si verifica un incremento dell’assorbimento di quest’ultimo con riduzione dell’assorbimento sia del potassio che del fosforo.
Affinché l’assorbimento non venga disturbato, è necessario che il rapporto tra il fosforo e il calcio e magnesio (P/Ca + Mg) sia pari a 0,6 – 0,7.

Questi rapporti sono fondamentali perché oltre ad avere un’influenza sulla produzione delle colture, sono importanti anche per l’alimentazione del bestiame che delle piante si nutrono.
Un altro tipo di antagonismo è quello che si viene a creare nel rapporto tra azoto e zolfo N/S. In condizioni normali il rapporto dovrebbe essere di 13/1 nella graminacee e 17/1 nelle leguminose. 
Infatti se il rapporto aumenta a favore dell’azoto diminuisce l’assorbimento dello zolfo. Viceversa se il rapporto diminuisce a favore dello zolfo si riduce l’assorbimento dell’azoto.
Infine un’altra forma di antagonismo è quella che si viene a creare tra l’azoto N e in particolare quello ammoniacale (NH4+) e alcuni cationi bivalenti nel seguente ordine: Zn > Mn > Mg > Ca.
Un aumento del contenuto di NH4+ nel terreno porta ad una diminuzione del contenuto di tali ioni e viceversa.

7. Effetto dei fattori ambientali

Tra i fattori ambientali che maggiormente incidono sull’assorbimento degli elementi nutritivi i più importanti sono l’umidità e la temperatura del terreno.

7.1. Umidità

La carenza di acqua e quindi la bassa umidità, riduce lo spessore dello strato acquoso attraverso la quale avviene il trasporto per osmosi o trasporto attivo dei nutrienti verso la radice. Tutto questo avviene perché la velocità degli ioni metallici nella soluzione circolante del suolo è minore rispetto a quella dell’ossigeno nell’acqua.
E’ possibile anche tracciare una graduatoria sul movimento degli ioni in base alla presenza di acqua che risulta:

NO3- > K+ > H2PO4- > HPO42-

Come è possibile ben vedere l’azoto diviene più mobile in presenza di un terreno più umido, tanto è vero che le concimazioni azotate hanno molto più effetto nelle annate piovose anche se questo elemento soprattutto apportato in forma di nitrato (NO3-), può essere dilavato e dare problemi di inquinamento delle falde.
Il fosforo P invece nelle annate umide risulta meno mobile e quindi più contenuto nelle riserve dei tessuti della pianta.
Il potassio K che risulta più mobile rispetto al fosforo, tende invece a divenire più assorbibile in condizioni di carenza idrica perché aumentando la pressione osmotica delle cellule aumenta la resistenza della pianta alla siccità.

7.2. Temperatura

Altro fattore che condiziona l’assorbimento degli elementi nutritivi è la temperatura.

Infatti sempre il potassio K viene assorbito più facilmente laddove le temperature sono elevate. Mentre le basse temperature ne riducono sia l’assorbimento che il suo movimento all’interno della pianta. Per questo nei terreni delle regioni settentrionali dell’Italia è necessario intervenire con distribuzioni abbondanti di K.
Le alte temperature favoriscono l’assorbimento anche del fosforo P, dello zolfo S, del calcio Ca, del bario Ba e dello stronzio Sr.
Il fosforo in presenza di basse temperature si insolubilizza e precipita sotto forma di ioni H2PO4- e HPO42- riducendone l’assorbimento. Mentre le alte temperature permettono di mantenere i soluzione gli ioni H2PO4 e HPO42- rendendoli più assorbibili da parte delle piante.
Il magnesio Mg è invece più facilmente assorbibile a basse temperature. Per questo motivo le carenze di calcio Ca e potassio K (elementi antagonisti) si verificano più facilmente negli ambienti freddi o laddove il rapporto Ca/Mg o K/Mg è basso a favore del magnesio.

8. Variazione degli elementi nutritivi nel tempo

L’equilibrio tra gli elementi nutritivi, all’interno del terreno non si mantiene costante nel tempo.

Il fosforo P, nei terreni destinati alla colture agrarie tende a migrare nel sottosuolo, mentre nei pascoli tende a risalire.
Questi variazioni che si possono analizzare attraverso lunghi periodi di tempo, ci permettono di poter capire come alcuni elementi possano esaurirsi con il passare degli anni.

Il potassio K per esempio tende ad avere effetto sulle piante nel breve periodo di tempo ma non nel lungo periodo.
Questo significa che l’intervento di concimazione non deve tenere conto solamente delle condizioni climatiche e pedologiche del terreno, ma anche dell’evoluzione nel tempo dell’intera fertilità aziendale.

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Questo articolo è stato scritto da Fabio_DiGioia

Fabio_DiGioia

Fabio Di Gioia è nato a Montelupo Fiorentino nel febbraio del 1980, da una famiglia caratterizzata da una lunga e radicata tradizione contadina. Esperto di recupero e valorizzazione delle varietà vegetali antiche.

Dal 2010 a oggi organizza corsi e seminari sulle buone pratiche di conservazione e coltivazione delle varietà antiche vegetali sia in ambito erbaceo e orticolo che arboreo e frutticolo.

Lo scopo principale del suo lavoro è quello principalmente di recuperare le varietà locali e poterle reinserire in un contesto agricolo e produttivo, verso tutti coloro come le aziende agricole credono sempre di più nelle potenzialità di questo settore.

Blog: fabio13280 - fabio13280.wordpress.com