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- 1. Absorção de nutrientes pelas plantas Disciplina:Relação-Água-Solo-Planta-Atmosfera Docente: Dr. Cristiano Tagliaferre Discente: Alexandra Damasceno Santos Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia Programa de Pós-Graduação em Agronomia
- 2. Solução do Solo •A parte sólida do solo constitui-se de matéria mineral e orgânica. • Parte líquida do solo constitui-se de uma solução de sais minerais e componentes orgânicos, cuja concentração varia de solo para solo e, certamente, com seu teor de água. • A parte gasosa é constituída de ar com composição um pouco alterada em relação ao ar que circula sobre o solo, variando ainda segundo um grande número de fatores.
- 3. Solução do Solo •Em geral, o sentido predominante do movimento dos nutrientes é do solo para a parte aérea da planta. • As setas indicam reações em ambos os sentidos, reações estas cuja intensidade depende de constantes de equilíbrio. • Fluxo influenciado por diversos fatores
- 4. • Para serabsorvido pela planta, um nutriente deve encontrar-se na solução do solo. • Contato com a superfície ativa do sistema radicular, em uma forma passível de absorção e utilização pela planta. • Solubilidade e Oxirredução O movimento de nutrientes do solo à superfície das raízes Fonte: Terragam SOLUBILIDADE E POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO
- 5. O movimento denutrientes do solo à superfície das raízes Fonte: EMNRAPA
- 6. • A equaçãofundamental da difusão de um soluto no solo cm dada direção x é a equação de Fick. 𝒋𝒅 = − 𝜽𝑫𝒐 𝑳 𝑳𝒄 𝟐 𝜶𝜸 𝝏𝑪 𝝏𝒙 ou 𝒋𝒅 = −𝑫 𝝏𝑪 𝝏𝒙 • 𝑗𝑑 é a densidade de fluxo de um dado íon no solo por difusão • x é a coordenada de posição medida diretamente no solo • D = coeficiente de difusão de um composto i no solo (m2 , s· 1); • 𝜃 = umidade do solo (m' de l lp • m·' de solo); • 𝐿 𝐿𝑐 = tortuosidade, sendo L o caminho efetivamente percorrido pelo composto no solo, e Lc caminho em linha reta na direção x, • a = fator adimensional que leva em conta a viscosidade do meio que, por sua vez, é função de 0; • y = fator adimensional que leva em conta a adsorção do composto i, isto é, a distribuição do composto dentro dos poros. Difusão Fonte: Solo Fértil
- 7. • Ponto Pdo solo a concentração CP de NO3 é 6,2 mg . L -1 e cm outro ponto M, distante de Δx = 10 cm de P, concentração CM de NO3, é 2,9 mg . L -1 , haverá um fluxo de NO3 de P para M, que poderá ser calculado pela equação de Fick. • Seja o coeficiente de difusão D do NO3 no solo igual a 0,54 x 10· 5 cm1 · s· 1 • O gradiente de concentração 𝝏𝑪 𝝏𝒙 pode ser aproximado por diferenças finitas (CM - CP)/ Δx e, assim teremos: 𝒋𝒅 = −𝑫 CM − CP Δ𝒙 • 1.78x 10 -8 mg.cm -2.s -1 Exemplo
- 8. • O fluxode massa está associado ao gradiente de potencial total que regula o movimento da água no sistema solo- planta-atmosfera; • Depende estritamente do fluxo de água, pois compreende a quantidade de nutrientes arrastados pela água por unidade de seção transversal ao fluxo por unidade de tempo. 𝒒 = −𝑲(𝜽) 𝝏𝑯 𝝏𝒙 ou 𝒋𝒎 = 𝒒 × 𝑪 • q= a densidade de fluxo de água (L H2O. m- 2.dia-1) , • 𝑗𝑚= densidade de fluxo de massa de nutrientes • C= é a concentração do nutriente na água. • 𝐾(𝜃)) a condutividade hidráulica do solo (mm . dia-1) • e 𝜕𝐻 𝜕𝑥 , o gradiente de potencial hidráulico (m. m-1 ). Fluxos de Massa
- 9. • Umidade dosolo • O maior uso de nutrientes pelas plantas ocorre quando a umidade do solo é mantida tão alta quanto possível, sem, porém, causar problemas de aeração e temperatura. 𝒒 = −𝑲(𝜽) 𝝏𝑯 𝝏𝒙 • A condutividade hidráulica K(0), que mede a propriedade do solo de transmitir água. • É comum uma redução de K de 100 a l.000 vezes para um decréscimo de 5% na umidade do solo 𝒋𝒅 = − 𝜽𝑫𝒐 𝑳 𝑳𝒄 𝟐 𝜶𝜸 𝝏𝑪 𝝏𝒙 • Redução da ordem de 10 vezes nos valores de D para redução de 10% de umidade. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes
- 10. • Altos teoresde água afetam a aeração do solo. • Baixos teores de água dificultam o fluxo de água no solo, aumentando seu potencial matricial, a ponto de impedir a absorção de água, prejudicando também o crescimento radicular. • De modo indireto, variações da umidade também implicam variações na consistência do solo (propriedades mecânicas) de grande importância na penetração radicular. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes
- 11. • Ar dosolo • Atividade de microrganismos e a respiração radicular. • O suprimento de ar no solo é inversamente proporcional ao suprimento de água. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes Fonte:SENSIX
- 12. • A aeraçãodo solo dá-se pela equação : • 𝐷 = 𝛼 − 𝜃 𝐷𝑜 𝐿 𝐿𝑐 2 • 𝛼 é a porosidade total do solo • e 𝛼 − 𝜃 é a porosidade livre de água 𝛽 • Solo não saturado, a água ocupa os poros de menor diâmetro, deixando para a difusão do ar os poros maiores. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes
- 13. • Textura dosolo • Determina as propriedades hídricas, como a condutividade hidráulica e a relação entre a umidade 𝜽 e o potencial matricial. • Afeta a difusão, fluxo de massas e interceptação radicular de forma indireta, por variações do teor de água do sistema. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes
- 14. • Temperatura dosolo • A atividade microbiológica • Solubilidade de compostos • Coeficientes de difusão • Absorção radicular • Permeabilidade das raízes • As atividades biológicas no solo aumentam com o aumento de temperatura, até um máximo em torno de 30°C. Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes Fonte: CALLEJA-CABRERO, J. et al., 2020
- 15. • Sistema radicular •Interceptação radicular Influência da condição física do solo sobre o transporte de nutrientes Fonte:ResearchGate
- 16. • “Espaço externo"livre para os processos de difusão e troca iônica entre os íons e os radicais eletricamente carregados das paredes celulares. • Ele é separado do "espaço interno" pelas membranas celulares, que são barreiras de permeabilidade seletiva. • O espaço interno é acessível apenas por transporte ativo dos nutrientes, transporte esse que exige energia metabólica. Absorção de nutrientes pelas raízes
- 17. • Absorção denutrientes depende da temperatura; • É necessário oxigênio; • O processo é sensível a inibidores (p. ex., CN); • Depende da natureza e da concentração do nutriente (p.ex., K é absorvido mais rapidamente quando fornecido como KCI do que como K2 SO4.); • Há interferência de um nutriente na absorção de outro. Absorção de nutrientes pelas raízes
- 18. • O processode absorção é, muitas vezes, descrito adequadamente pela equação de Michaelis-Menten 𝑗 = 𝑗𝑚𝑎𝑥 × 𝐶 𝐾𝑚 + 𝐶 • 𝑗 = taxa de absorção de um nutriente em kg • m-2 • s- 1 • • 𝑗𝑚𝑎𝑥 = taxa máxima de absorção; • 𝐾𝑚 = constante de Michaelis-Menten, que fornece uma ideia da afinidade entre o nutriente e o carregador; • C = concentração da solução da qual o nutriente é absorvido. Absorção de nutrientes pelas raízes
- 19. • Fertilizante mineral(FM) • Fertilizante orgânico (FO) • Fixação biológica de nitrogênio atmosférico (FB). • Adição pela chuva (AC). • Adição pela água de irrigação (AJ). • Perdas: • Extração ou exportação pelas culturas (EC) • Perdas por volatilização (PV). • Perdas por desnitrificação (PD) • Perdas por lixiviação (PL) Balanço de nutrientes
- 20. • Armazenamento (ousua variação) de nitrogênio (Δ𝐴𝑁) na camada considerada 0 – L. • 𝐹𝑀 + 𝐹𝑂 + 𝐹𝐵 + 𝐴𝐶 + 𝐴𝐼 − 𝐸𝐶 − 𝑃𝑉 − 𝑃𝐷 − 𝑃𝐿 ± Δ𝐴𝑁 = 0 Balanço de nutrientes
- 21. • Extratores desolo • Tensiômetros para a determinação da drenagem profunda • Estimativa das quantidades de soluto lixiviado. Balanço de nutrientes
- 22.
- 23. IMPORTÂNCIA DO FLUXODE MASSA E DIFUSÃO NO SUPRIMENTO DE POTÁSSIO AO ALGODOEIRO COMO VARIÁVEL DE ÁGUA E POTÁSSIO NO SOLO • Duas doses de K (15 e 121 mg dm-3), como Cloreto de potássio • Quatro potenciais de água no solo (-0,03; -0,1; -0,5 e -1,0 MPa). • Da água disponível diminuição na difusão. • Água no solo favorece a difusão • Efeito direto sobre o coeficiente de difusão • A tortuosidade do caminho difusivo. • Valor do coeficiente de difusão
- 24. • Menor teorde K • Difusão contribuiu, em média, com 96% do suprimento de K para as raízes de algodão • 3,5% do fluxo de massa, quando havia menos K no solo. • Maior teor de K • Difusão caiu para cerca de 80% • fluxo de massa passou de 3,5 para 19%. • Menor disponibilidade de água, aliada à grande concentração radicular, levou ao menor transporte do K por difusão. Importância do fluxo de massa e difusão no suprimento de potássio ao algodoeiro como variável de água e potássio no solo Oliveira et al., 2004
- 25. Estresse hídrico eprodução vegetal
- 26. • Maior proporçãodo volume celular nas plantas e é o recurso mais limitante. • Cerca de 97% da água captada pelas plantas são perdidos para a atmosfera (principalmente pela transpiração). • Cerca de 2% são usados para aumento de volume ou expansão celular, e 1%, para processos metabólicos, predominantemente a fotossíntese. Importância da água na planta
- 27. • A águase faz importante para vários processos fisiológicos na planta. 1.Processo fotossintético, etapa fotoquímica, assim como na regulação da abertura e fechamento estomático, possibilitando a absorção de CO2. 2.A água possui a função de transporte e absorção de nutrientes essenciais para as plantas, pelo processo conhecido como fluxo de massa. 3.É importante fonte do oxigênio molecular existente na atmosfera, assim como do hidrogênio utilizado para síntese de carboidratos a partir da redução do CO 4.A água é responsável pela sustentação da morfologia de plantas herbáceas e a movimentação das folhas e flores. 5.Promove o alongamento celular, as trocas gasosas nas folhas e o transporte no floema. Importância da água na planta
- 28. • Aumento dapopulação global déficit de alimentos áreas com déficit hídrico e de nutrientes. • Definição das distribuições das espécies ao redor do globo. • Segundo Singh (1995), mais de 60% do cultivo de feijão comum em países da América Latina. Estresse hídrico Déficit hídrico Crescimento vegetativo Crescimento Reprodutivo Precipitação
- 29. • Potencial hídrico𝛹= 𝛹p+ 𝛹g+ 𝛹𝑜𝑠+ 𝛹m • Gradiente favorável de 𝛹 entre o solo e as raízes. • 𝛹 do solo Evapotranspiração perda de pressão de turgor ou murchamento Recuperação pela interrupção a noite • 𝛹 do solo 𝛹 das raízes Ponto de murcha permanente Estresse hídrico
- 30. • O estressehídrico ou déficit hídrico se conceitua na falta de água no solo para a demanda, o que leva a absorção de água e alguns nutrientes pelo sistema radicular da planta a ser reduzido. • Mudanças na anatomia, fisiologia e bioquímica das plantas • Intensidade dependente do tipo de planta e do grau de duração as quais foram submetidas ao estresse Estresse hídrico
- 31.
- 32. • O estressehídrico estresse oxidativo de espécies reativas de oxigênio (ROS ou ERO) QUEDA NA TAXA FOTOSSÍNTECA Estresse hídrico Hansel et al.,2021
- 33. • Desidratação celular •O potencial hídrico (Ψ) do apoplasto torna-se mais negativo que o do simplasto, provocando reduções no potencial de pressão (turgor) (ΨP) e no volume. Estresse hídrico
- 34. • Estresse hídrico •Fatores construtivos e destrutivos. • Fator limitante no suprimento de nutrientes Estresse hídrico
- 35. • Estresse hídricoem diferentes fases da cultura da soja (Gava et al., 2015) Estresse hídrico e produção vegetal
- 36. • O Déficithídrico causou redução na produtividade quando aplicadas no ciclo total da cultura. • A ocorrência de déficit apenas no enchimento de grãos representa o mesmo risco de perdas em relação à ocorrência no ciclo total. • O Excesso não representou estresse para as plantas para o tipo de solo utilizado. • Pode-se utilizar déficits de até 50% da ETc nas fases vegetativas, de floração e maturação, sem afetar a produtividade. Estresse hídrico e produção vegetal
- 37. • Retardo dadesidratação: Capacidade de manter a hidratação do tecido • Tolerância: manter o potencial hídrico nos tecidos e a alta capacidade de condução e armazenamento de água. • Escape: Plantas completam seu ciclo durante a estação úmida, antes do inicio da seca Mecanismos de tolerância à deficiência hídrica
- 38. • Retardo dadesidratação -Manutenção da absorção de água -Aumento da profundidade do sistema radicular –Ajustamento osmótico • Redução da perda de água -Queda de folhas -Redução da área foliar (espinhos cactáceas) Mecanismos de tolerância à deficiência hídrica
- 39. • Tolerância adesidratação: -Mantém o potencial hídrico nos tecidos alto -Alta capacidade de condução e armazenamento de água • Fuga ou escape a seca • Rápido desenvolvimento fenológico • Plasticidade de desenvolvimento Mecanismos de tolerância à deficiência hídrica
- 40. • Plantas xerófitas ✔Presença de poucas folhas para diminuir a área de evaporação e consequente perda de água. ✔ Ciclo biológico curto. ✔ Grande capacidade de desidratar e hidratar tecidos. ✔ São plantas que possuem grande quantidade de espinhos. • Mecanismos de tolerância à deficiência hídrica
Notas do Editor
- #3 Para ser absorvido pela planta, um nutriente deve encontrar-se na solução do solo, em contato com a superfície ativa do sistema radicular, em uma forma passível de absorção e utilização pela planta.
- #4 M representa um nutriente qualquer, como Ca, P, N ou K; M (sólido) representa o nutriente na fase sólida (cristalina, precipitado amorfo, matéria orgânica etc.) ou absorvido à fase sólida e M (solução) o nutriente que se encontra na fase líquida, imediatamente disponível às plantas, como Ca2 \ 1-llO,,, Nrl/, NOJ ou K' ; M (raiz) e M (parte aérea) representam o nutriente absorvido pela raiz e translocado pela planta aos caules e folhas, respectivamente.
- #5 Oxirredução, ou redox, é o processo químico de transferência de elétrons entre alguns elementos de reagentes da reação A solubilidade é a aptidão que um corpo ou matéria tem de se dissolver, ou não, em determinado tipo de líquido.
- #10 . A condutividade hidráulica K(0), que mede a propriedade do solo de transmitir água, é função pronunciada da umidade do solo 8. Ela se reduz de forma drástica para diminuições relativamente pequenas de 0; em geral a relação K(0) pode ser expressa por uma exponencial. É comum uma redução de K de 100 a l.000 vezes para um decréscimo de 5% na umidade do solo
- #17 Quando essa raiz está mergulhada na solução do solo, os nutrientes podem se difu ndir nos espaços intercelulares, que incluem as paredes celulares.
- #22 Instala-se em solo não saturado, o extrator não se enche de agua, devido a pressão atmosférica, que gera um potencial igual a 0. Aplica-se um vácuo em todo interior do dispositivo , e devido a diferença de potencial entre a capsulo e o solo, a solução do solo se dirige pela capsula, a solução se eleva acima do ponto b, preenchendo a capsula porosa , Após duas horas retira-se o vácuo, aplicando pressão amosferica em A, como C está sobre o vácuo, a solução se aloja no tubo de ensaio e é levada para analises iônicas.
- #25 A deficiência tardia de potássio na cultura do algodoeiro tem ocorrido com freqüência nas regiões do cerrado brasileiro. Um dos motivos poderia ser atribuído à baixa disponibilidade de água nessa época
- #29 África e Ásia sofrem redução na produção devido à falta d’água, pois o requerimento hídrico da planta, durante o seu ciclo, não é satisfeito. (disponibilidade hídrica insuficiente) ocorre na maioria dos hábitats naturais ou agrícolas e é causado principalmente por períodos intermitentes e contínuos sem precipitação
- #30 Em um solo perdendo água permanentemente por evapotranspiração durante o dia, as plantas terão dificuldades crescentes de retirar água para balancear a perdida por transpiração, levando a uma perda de pressão de turgor ou murchamento. No entanto, com a quase total interrupção da transpiração à noite, o turgor das plantas poderá ser recuperado.
- #34 fechamento estomático redução das trocas gasosas, inibindo a fotossíntese à medida que o suprimento de água diminui, a planta passa por três estádios de desidratação: no estádio I, a transpiração se mantém como para uma planta bem suprida em água, até que o conteúdo em água disponível no solo seja reduzido a 50%, e a absorção de água não mais se iguale à demanda da transpiração; no estádio II, a transpiração começa a ser menor que o seu potencial, começando a haver fechamento estomático; e, no estádio III, os estômatos estão completamente fechados, e toda perda de água da planta para a atmosfera ocorre pela cutícula
- #35 O estresse tem elementos construtivos e destrutivos, e é um fator de seleção e uma força motriz para incremento da tolerância e evolução adaptativa da planta. Por outro lado, um estresse suave pode ativar o metabolismo celular e aumentar a atividade fisiológica da planta (Boyer, 1978) sem causar nenhum dano, mesmo em longo prazo, sendo, portanto, favorável à planta (Lichtenthaler, 1996), como se vê frequentemente no aumento de A, para uma ligeira diminuição do Ψa da folha (Figura 10).
- #36 Transpiração é a evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais. As plantas, através de suas raízes, retiram do solo a água para suas atividades vitais. Parte dessa água é cedida à atmosfera, sob a forma de vapor, na superfície das folhas. Ao conjunto das duas ações dá-se o nome de evapotranspiração. Evapotranspiração potencial é a máxima evapotranspiração que ocorreria se o solo dispusesse de suprimento de água, suficiente. Evapotranspiração real ou efetiva é a perda d´água por evaporação ou transpiração, nas condições reinantes (atmosféricas e de umidade do solo). Nos períodos de deficiência de chuva em que os solos tornam-se mais secos, a evapotranspiração real é sempre menor do que a potencial.
- #40 A capacidade de condução da água é aumentada pelo alargamento da área do sistema vascular, as plantas apresentam mais xilema e maior venação e a redução da distância de transporte, isto é, entre-nós de menor tamanho A capacidade de reduzir a transpiração permite que as plantas tenham uma melhor gestão da água disponível no solo. Uma adaptação modulativa acontece quando as plantas fecham antecipadamente, mas reversívelmente os estomas. plasticidade é definida como a tendência dos indivíduos de variarem com o tempo em resposta a diferentes condições ambientais,