Introducción a ph

Para comprender mejor el efecto del pH en los rendimientos de sus cultivos, primero debemos definir el pH. La escala de pH, la medida estándar de la acidez, fue desarrollada por el jefe del Departamento de Químicos del Laboratorio Carlsberg en 1909. Básicamente significa "el poder del hidrógeno", porque la escala proporciona una medición simple y universal de la cantidad de iones de hidrógeno que hay en una solución. Estos iones afectan su acidez y cómo la solución reaccionará químicamente. El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno. Es el resultado de la presencia de aniones (nutrientes con carga negativa) y cationes (nutrientes con carga positiva). La escala de pH va de 0 (ácido) a 14 (alcalino) con pH 7 como punto neutro.

Figura 1: Se trata de una micrografía electrónica de barrido (SEM) coloreada de micorrizas, una asociación simbiótica entre un hongo del suelo y las raíces de una planta vascular. El hongo puede acceder a formas de nutrientes no disponibles para la planta, procesarlas y pasarlas a las raíces. Las micorrizas prefieren un ambiente ligeramente ácido para un crecimiento óptimo.

La planta puede influir en la vida del suelo en su rizosfera

La rizosfera es la región estrecha del suelo que está directamente influenciada por las secreciones de las raíces y los microorganismos del suelo asociados. Las plantas responden a la deficiencia de nutrientes alterando la morfología de sus raíces, reclutando la ayuda de microorganismos y cambiando el ambiente químico de la rizosfera. Los componentes en los exudados de la raíz ayudan a las plantas a acceder a los nutrientes al acidificar o cambiar las condiciones redox dentro de la rizosfera o quelar directamente con el nutriente. Los exudados pueden liberar nutrientes mediante la disolución de fases minerales insolubles o la desorción de minerales arcillosos o materia orgánica, por lo que se liberan en el suelo en solución y luego pueden ser absorbidos por la planta. Al preparar una solución de nutrientes, un productor se asegura de que el pH del agua esté dentro de un cierto rango. Este rango será preferiblemente aquél en el que la mayoría de los nutrientes están disponibles para la planta, que es 5.2-6.2. Si es necesario, el pH de la solución de fertilizante puede simplemente ajustarse agregando un ácido para bajar el pH o una base para aumentarlo. Pero en la rizosfera, el entorno directo de las raíces vivas, las cosas se vuelven muy diferentes. Las raíces excretan muchas sustancias que alteran el pH en el sustrato.

Figura 2: Cada partícula de suelo contiene un negativo neto
carga eléctrica y por lo tanto tiene la capacidad de
atraer y mantener elementos cargados positivamente como
potasio y calcio Estos elementos son atraídos
y sostenido a la superficie de las partículas del suelo como un imán.
La arcilla y la materia orgánica tienen una electricidad neta negativa más alta
cobrar y, por lo tanto, tener más capacidad para mantener positivamente
iones cargados o cationes. Iones cargados negativamente tales
ya que el nitrato y el fosfato normalmente serán repelidos.

El pH en la rizosfera puede ser muy diferente del pH que se mide en la solución de nutrientes. La principal causa de esto es que la planta debe permanecer `neutral`. Cuando se disuelven en agua, todos los nutrientes están presentes en forma de iones. Esos iones siempre tienen una carga positiva o negativa. Los iones cargados positivamente, como K +, se llaman cationes. Los iones cargados negativamente, como NO3 -, se llaman aniones. Algunos nutrientes pueden estar presentes en múltiples formas. Por ejemplo, fosfatos, que pueden presentarse como PO4 3-, HPO4 2- y H2PO4 -. Sin embargo, solo esta última forma puede ser tomada por las raíces. La superficie de la raíz está cargada negativamente. En este estado, los iones cargados negativamente, como H2PO4, serán repelidos desde la superficie de la raíz como dos imanes que tienen el mismo polo. Las plantas han desarrollado varias formas de facilitar la absorción aniónica. Por cada anión que la planta absorba, excreta un anión como un hidróxido (OH-) o un ion bicarbonato (HCO3 -). De manera similar, por cada catión que toma, la planta excreta un catión como H +. De esta manera, la carga de la planta permanece equilibrada. Sin embargo, un efecto secundario de esto es que los iones excretados influyen en el pH de la rizosfera en el sustrato. Al excretar un catión, el pH cerca de las raíces disminuye (se vuelve más ácido). La excreción de aniones aumentará el pH cerca de las raíces (se vuelve más alcalino).

Es bien sabido que los fertilizantes nitrogenados tienen un efecto sobre el pH cerca de las raíces. Esa idea es importante porque la planta absorbe tanto nitrógeno que el efecto puede ser considerable. Pero este efecto ocurre con cada nutriente o fertilizante. Como cultivador, puede agregar nitrógeno en diferentes formas. El amonio (NH4 +) tiene un efecto ácido en el suelo. El nitrato (NO3 -) tiene un efecto alcalino. Uno podría fácilmente asumir que la respuesta a esto es fertilizar con nitrato de amonio (NH4NO3). Pero no es tan simple. El amonio será absorbido mucho más rápido por la planta en comparación con el nitrato, y el resultado final será la acidificación del suelo. Todas estas reacciones deben tenerse en cuenta porque cada nutriente tiene su propio rango de pH óptimo en el suelo con respecto a la disponibilidad de la planta. Para algunos elementos, este es un rango de pH estrecho y simplemente medir el pH en la solución de nutrientes no le dirá lo que realmente sucede en la rizosfera.

Exudado

Figura 3: Esta imagen muestra que por cada catión (azul)
que una planta toma, excreta un catión como H +. por
cada anión (rojo) que toma una planta, libera
hidróxido (por ejemplo, OH-) ion. De esta manera, la carga neta de la planta
siempre permanece en equilibrio. Un efecto secundario de esto es que
los iones excretados influyen en el pH de la rizosfera
en el sustrato. Cuando la planta excreta un catión,
el pH cerca de las raíces disminuye. La excreción
de aniones elevará el pH cerca de las raíces.

En el pasado, se hizo evidente que las raíces excretan muchas sustancias para influir en la vida del suelo directamente alrededor de la superficie de las raíces. Estas sustancias se conocen como `exudados`. Los principales exudados son azúcares y ácidos orgánicos. Los ácidos como el ácido cítrico, el ácido oxálico y el ácido málico están presentes en gran medida en la humedad celular de las raíces. Estos elementos también pueden influir en el pH del suelo, pero la intensidad de esta influencia variará en cada planta. Si los ácidos se excretan de las raíces, se disuelven como aniones y harán que el suelo cerca de la raíz sea más alcalino, como otros aniones. Por lo general, estos exudados tendrán una influencia menor en el pH en comparación con el fuerte efecto de la excreción de iones H +. Lo que es notable, sin embargo, es que no todas las partes del sistema raíz actúan de la misma manera. En la punta de la raíz, se excretan más H + -iones, mientras que un poco más abajo en la raíz, se excretan más aniones. Esto probablemente esté relacionado con las diferencias en la absorción de fertilizantes.

Los niveles de pH afectan la disponibilidad de nutrientes y el crecimiento de las plantas

El nivel de pH influye en la disponibilidad de nutrientes e, indirectamente, por lo tanto, tiene un efecto en el crecimiento de las plantas. El pH también puede afectar la absorción de nutrientes por las raíces de las plantas. No todos los nutrientes se ven afectados por igual, pero la mayoría de los nutrientes están disponibles para las plantas en el rango de pH de 5.2 a 6.2 (ver figura 4). Antes de que la planta pueda usar un nutriente, debe disolverse en la solución del suelo. La mayoría de los minerales y nutrientes son más solubles y, por lo tanto, están disponibles en suelos ligeramente ácidos que en suelos neutros ligeramente alcalinos. En suelos neutros a ligeramente alcalinos, algunos elementos pueden volverse "inactivados" y dejarán de estar disponibles para la planta. Estos elementos incluyen hierro, manganeso, cobre, zinc y boro. En suelos muy ácidos, por otro lado, la solubilidad de la solubilidad de fósforo, calcio y magnesio disminuye. El fósforo nunca es fácilmente soluble en el suelo pero está más disponible en el suelo con un rango de pH de alrededor de 6.5. Este valor varía entre diferentes sustratos. Los suelos ácidos (pH 4.0-5.0) pueden tener altas concentraciones de aluminio soluble, manganeso y hierro, que pueden ser tóxicos para el crecimiento de algunas plantas. Los nutrientes para el crecimiento saludable de las plantas se dividen en diferentes categorías: macro nutrientes (elementos necesarios en grandes cantidades), que también se subdividen en nutrientes primarios y secundarios y micronutrientes o elementos traza (elementos necesarios en cantidades muy pequeñas). La mayoría de los nutrientes secundarios y las deficiencias de micronutrientes se pueden corregir fácilmente manteniendo el medio en un rango de pH óptimo. Los valores bajos de pH (3-5) en combinación con una temperatura alta (superior a 26 ° C) también pueden influir en el crecimiento de algunas enfermedades fúngicas. En suelos altamente ácidos, la actividad de las bacterias que descomponen la materia orgánica del suelo puede verse obstaculizada. Esto evita que la materia orgánica se descomponga, dando como resultado una acumulación de materia orgánica y la liberación de nutrientes en el suelo, particularmente nitrógeno, que está encerrado dentro de la materia orgánica. Como resultado, el crecimiento de las plantas puede verse afectado negativamente. En sustratos orgánicos del suelo, hay hongos beneficiosos llamados micorrizas. Estos microorganismos prefieren un ambiente ligeramente ácido para un crecimiento óptimo. La alcalinidad del agua también es un factor relevante. Si la alcalinidad del agua es superior a 200-250 ppm de CaCO3, se debe agregar ácido para minimizar la influencia sobre el pH del medio de crecimiento.

Figura 4: La mayoría de los nutrientes para las plantas están disponibles en el rango de pH de 5.2 y 6.2.

Cómo y por qué el pH a menudo cambia en los sistemas de cultivo hidropónico

La absorción de aniones (nutrientes con carga negativa) y cationes (nutrientes con carga positiva) por parte de las plantas puede causar cambios sustanciales en el pH en el sistema en crecimiento. Si se absorben más cationes en relación con los aniones, el pH disminuirá. Si se absorben más aniones que los cationes, esto conduce a un aumento en el pH. Dado que el nitrógeno (un elemento requerido en grandes cantidades para un crecimiento saludable de las plantas) puede suministrarse como un catión (amonio-NH4 +) o como un anión (nitrato-NO3), la proporción de estas dos formas de nitrógeno en la solución nutriente puede tener un efecto importante sobre la velocidad y la dirección de los cambios de pH a lo largo del tiempo. Los cambios en el pH pueden ocurrir sorprendentemente rápido. La mayoría de las variedades de vegetales crecen mejor en una solución nutriente con un pH entre 5.2 y 6.2 y una temperatura entre 20 ° C y 22 ° C.

Cuando hay poca luz disponible (en días nublados o en ambientes de cultivo de interior), las plantas absorberán más potasio y fósforo de la solución de nutrientes, aumentando la acidez (el pH disminuirá). A bajos niveles de luz, la tasa de transpiración también es menor, lo que a su vez disminuye la absorción de calcio. En combinación con un pH bajo en el sustrato, pueden aparecer síntomas de deficiencia de calcio. Cuando hay mucha luz intensa (en días soleados), las plantas absorberán más nitrógeno de la solución nutritiva. Como resultado, la acidez disminuye (el pH aumenta).

Figura 5: Esta tabla lo ayudará a identificar las deficiencias de nutrientes.

¿Qué sucede si el pH es demasiado alto o bajo y cómo reconocer los síntomas?

Los primeros síntomas de una deficiencia de nutrientes aparecerán en las hojas. Una deficiencia de hierro (Fe), por ejemplo, puede ocurrir muy rápido. A valores de pH de 7 o más, menos del 50% del Fe estará disponible para las plantas. A valores de pH de 8.0, solo queda una pequeña cantidad de Fe en solución debido a la precipitación de hidróxido de hierro (Fe (OH) 3 - que finalmente se convierte en óxido). La Figura 5 puede usarse como una herramienta para identificar deficiencias de nutrientes en las plantas. La clorosis es la coloración amarillenta o decoloración del tejido vegetal verde debido a la pérdida de clorofila. La necrosis es la muerte del tejido vegetal y muestra una decoloración marrón oscura, p. en una porción de la hoja.

El lugar en la planta donde ocurren los síntomas (hojas viejas versus hojas jóvenes) dependerá de la movilidad del elemento en la planta. Los elementos con movilidad muy baja son boro, calcio, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y zinc. Las deficiencias de estos elementos se verán primero en las hojas más jóvenes. Estos elementos se transfieren con el flujo de savia a las hojas jóvenes. No se mueven dentro de la planta. Los elementos más móviles son nitrógeno, potasio y magnesio. Los síntomas de deficiencia de estos elementos se observan en las hojas más viejas de las plantas porque los elementos se trasladan de las hojas más viejas a las más jóvenes, que necesitan más nutrientes para el proceso de crecimiento.