La planta y sus nutrientes 3: Conceptos de necesidad y toxicidad (Salvador González Carcedo).

Para hacer racional y homologable la descripción de un nutriente, debe de introducirse con una breve explicación de la necesidad metabólica y funcional conocidas. Respecto a cada uno debe de describirse sus posibles estados en el suelo, y/o las formas disponibles en la solución acuosa (suelo, cultivo hidropónico, medio acuático) y las especias químicas que pueden ser captadas por el sistema de transferencia (biodisponibles).  Además, se  incluirá una descripción de los sistemas de transferencia, sus posibilidades de expresión genética normal y forzada (ante acciones antrópicas como el aporte de fertilizantes), los mecanismos energéticos que los mantienen funcionales, sus posibles afectaciones por acciones antagónicos entre nutrientes o por la generación involuntaria o expresa de niveles tóxicos y todo ello complementado con los sistemas portadores a los que son cedidos para su transporte desde el tricoblasto hasta el lugar de almacenamiento (temporal o permanente según el caso) o de asimilación. Para finalizar se incluirá(n) la(s) ruta(s) de asimilación bioquímica en las que intervienen, sus sistemas de control, la integración, en su caso como constituyentes de moléculas orgánicas y el efecto fisiológico-funcional que se deriva.  Para cerrar esta homologación cabe hablar de los estress que sufre la planta por exceso de estos componentes iónicos en la solución del suelo.

Los conceptos de necesidad, satisfacción y toxicidad nutricional que se vienen usando en la agricultura desde hace muchos años y en todo tipo de estrategias químico-agrícolas mas recientemente, muchas veces de forma poco clara, depende del volumen de demanda global por cada planta de cada nutriente, derivada de sus necesidades metabólicas.   Ello permitió clasificar a estos elementos de la solución del suelo, en macro, oligo y micro nutrientes, según la cantidad que la planta capta a lo largo de toda su vida, “de cada uno de aquellos per se”.  Sin embargo nos olvidamos del CO₂ responsable primigenio de la formación de biomasa, y que ya se  “maneja” desde hace tiempo en estaciones experimentales como tal, pero claro, como pensamos que solo se asimila esta molécula a partir de la atmósfera….  Y es precisamente el incremento del CO2 atmosférico el que ha obligado a tomas en serio la influencia de esta molécula nutricional en el cultivo del arroz.

La cantidad de nutrientes, presentes en una solución nutricional (sea del suelo o del circuito nutritivo) y los valores relativos entre especies iónicas de cada elemento, afectan tanto a la fertilidad y como a la productividad. Ya hemos establecido una primera base de la fertilización.  Pero no es suficiente hablar de cantidad aportada. Hoy debemos de establecer diferencias entre los conceptos de disponibilidad, bio-disponibilidad y reparto entre especies vivas, ya que las plantas no están solas en el suelo… La legislación de otros países ya lo contempla hace tiempo.

Desde el ámbito edafológico son múltiples los procesos del suelo que condicionan la presencia de un nutriente en distintas especies químicas. El conjunto de moléculas que se encuentren en solución y sean portadoras de un nutrientes (sobre todo ácidos fúlvicos), y las distintas especies químicas presentes en un momento dado, configuran el concepto de disponibilidad general de un nutriente en su solución nutritiva.  Pero no hay que olvidar que cada planta tiene transportadores, específicos para cada nutriente, cuya capacidad de discernimiento se asemeja a la del centro activo de un enzima, lo que les permite a la planta seleccionar cuidadosamente la forma de cada nutriente. A TRAVES DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS, DE FORMA INDISCRIMINADA NO PASA NI EL AGUA.

Entre los procesos que condicionan la presencia y disponibilidad de un nutriente (orgánico o inorgánico) en el suelo, se incluyen de corte físico-químico, químico y metabólico, mientras que, según recientes aportes bibliográficos, la aparición de formas biodisponibles para el vegetal tiene mucho que ver con procesos de corte bioquímica (enzimático) y biológico, que actúan en el suelo a una velocidad de aparición en la solución del suelo en el ámbito de la interfase suelo-planta que es armónica con la de captura por “su transporter vegetal”.

Y es aquí donde juegan un importante papel las actuaciones edafo-metabólicas que desempeñan los pequeños animales, determinados productos de excreción de los microorganismos (bacterias, algas, hongos etc.) como moléculas orgánicas con capacidad quelante (como el ácido 2-ceto-glucónico, muy abundante en la solución) y la necromasa y neomasa presente en cada caso.

Además, debemos de incluir en nuestra forma de pensar que en el edafón existe un orden de actuación nutricional preferente y distinto para cada elemento, y que el concepto de almacenamiento generado por la competencia entre unos seres vivos y otros tiene, en muchos casos, una significación de protección del nutriente, frente a procesos clásicos del suelo como el lixiviado y el lavado de iones del complejo de cambio y de los quelatos.

La intensidad de la captura de nutrientes va a depender de las necesidades de la planta (hambre metabólico) que se condicionan mediante la regulación bioquímica de los sistemas de captura, transferencia y asimilación de aquellos nutrientes en cada momento fisiológica de la misma.  Pero la biodisponibilidad de nutrientes de la solución del suelo está configurada. como una gran mesa, de la que se surten de nutrientes, no solo los vegetales, sino también el resto de seres vivos que configuran la totalidad de la Biomasa del suelo.  En muchos casos, los cocineros de aquella mesa son los enzimas, que en muchos casos están generados por un ser vivo diferente al consumidor mayoritario.  Hablamos entonces de una manifestación masiva de exo.-simbiosis…  Para completar el cuadro baste con decir que muchos de estos enzimas manifiestan formas de retro-control por exceso de producto.  Es decir cuando un nutriente en forma biodisponible cesa de ser consumido, el sistema enzimático que lo genera, queda frenado en su actividad.  De esta forma guarda el suelo su nutriente en la “despensa”.

Finalmente, desde el siglo XIX sabemos que para cada planta, y para cada nutriente, existen unos límites de necesidad y de toxicidad, (Leyes del Mínimo de Liebig , de la Tolerancia Ecológica de Shelford y de los Rendimientos Menos que Proporcionales de Mirtsterlich) por debajo o por encima de los cuales, hoy se sabe, que se afectan los procesos de captura, asimilación y en definitiva producción de biomasa y producto agrario.

Sin embargo frente a las aportaciones antrópicas, las plantas también manifiestan adaptaciones (aunque, en lo que hoy se conoce, no siempre, ni para todos los elementos) y formas propias de acumulación.  Esto no es ni bueno ni malo.  Lo importante es conocer estos límites y el comportamiento para cada planta. Y es el desarrollo de este conocimiento la base científica de la fitorremediación de contaminantes inorgánicos (caso de las plantas fitoacumuladoras) y de su fitoestabilización, mediante la excreción de fitoquelatinas.

El manejo adecuado de las relaciones entre los nutrientes disponibles en la solución puede cambiar la asimilación de los mismos y/o modificar la orientación y ritmo de determinadas áreas metabólicas. Así se puede condicionar el grado de palatibilidad del forraje (cantidad de monosacáridos contenidos en la savia) de los pastos, o variar la cantidad de fibra sintetizada en su tallo o su contenido en triésteres de ácidos grasos/proteínas en sus frutos/semillas.

Cuando un elemento químico tiene una capacidad negativa expresa (toxicidad) para afectar al metabolismo de un ser vivo le llamaremos elemento con potencialidad fitotóxica (ETP). Sus valores críticos varían según el elemento del que hablemos y la planta o ser vivo que sea sometida a ese estress y el suelo donde se encuentra.

Por todo ello, describir un ETP obliga a establecer unos niveles críticos de concentración en la solución nutritiva, de especies químicas bien definidas (como hacemos al distinguir Cr^III y Cr^VI) junto con las sinergias y/o antagonismos (respecto a otros nutrientes), así como indicar para una planta que se cultiva sobre un suelo concreto las concentraciones del mismo que permiten alcanzar o superar el nivel de toxicidad (no es lo mismo un suelo calizo que una marga yesífera, aunque estén muy próximos y se cultive la misma variedad de trigo o cebada). 

En otras palabras, como con los medicamentos, cantidades en exceso de un nutriente puede convertirle en un tóxico.  Todo depende de la cantidad de elemento que pase a la planta y de cómo ese desequilibrio en la captura afecta al metabolismo y al desarrollo funcional de la planta.  Pero que quede también claro que una misma planta en distinto momento fenológico puede dar una respuesta metabólica-funcional diferente frente a una mismo estatus de la solución nutricional.  Además queda el efecto de los componentes ambientales (luminosidad, humedad relativa del aire, ciclo térmico diario, altura, etc.).

Con lo expuesto me surgen muchas preguntas de cómo polarizamos este concepto. Tres sencillos ejemplos:

·         ¿Porqué asociar toxicidad únicamente con “metales pesados” cuando TODOS LOS ELEMENTOS tienen un “nivel de toxicidad”. Por poner un ejemplo que nadie cita ¿Es que los protones (esos iones pequeñitos formulados como H⁺ o H₃O⁺) responsables de la acidez del suelo, no actúan como cualquier tóxico? ¿O es que no asociamos las plantas a la acidez del suelo y clasificamos tranquilamente que cultivos que se pueden implantar o no en un determinado suelo según su pH?.  ¿No decimos que la acidificación es un proceso de degradación de los suelos? ¿O es que no afecta la concentración de H⁺ a otros ETPs generando fenómenos de sinergia toxicológica, si es sabido que muchos de los “metales pesados” se solubilizan en medio ácido?  Y claro no vamos a hablar del Na⁺ como otro exponente de metal tóxico no “pesado”.

·         ¿La regulación administrativa de los mismos es al menos curiosa: ¿Porqué no se incluye el Al³⁺ cuando se sabe que su exceso afecta directamente a la organización de los microtúbulos de las raíces, y negativamente al desarrollo general de la planta? O quizás tenemos que no regularlo por “la posibilidad de uso agrario de los lodos compostados?. ¿Es que el proceso de composaje “oxidación biológica masiva de compuestos procedentes de la fermentación anaeróbica” hace descender (salvo dos excepciones: Hg y Cd) o eleva la concentración de metales con capacidad tóxica,?  ¿Vds que creen?.   Aunque la verdad, hay que dar las gracias a este hecho toxicológico, que permite que las raíces de semileñosas sean duras y retorcidas, lo que permite a los que manejan su madera hacer esas preciosas figuras que guardamos con cariño como recuerdo de nuestro caminar por el mundo.

·         En las producciones con suelo, ¿porqué no tomamos ejemplo de la Química Agrícola, que la contempla una fertilización “on line” (fertigando o fertirrigando) dado que las necesidades de la planta cambian según su momento fenológico?. ¿No interesa abonar con nitrato amónico a una planta fijadora de nitrógeno (maíz o caña de azúcar), cuando se está desarrollando la mazorca y llenando los granos de contenido triglicéridos o una semanas antes de iniciarse la zafra de la caña, dado que el proceso de fijación de N₂ es consumidor de sacarosa y el nitrato amónico la frena.

La verdad es que el concepto de suelo contaminado por “metales pesados”, está claramente limitado.  No se si por comodidad o porque otros han impuesto criterios diferentes a los de la toxicología, Vds juzgarán.

Por todo los expuesto, en el repaso que iniciaré de los 16 nutrientes (según “Douglas”) y quizás de alguno mas que no reconoce, desarrollaré criterios de toxicología para cada elemento en particular y si es posible para cada producción (sobre todo de las que afectan a Castilla y León, mi tierra donde nací).

Saludos cordiales,

Salvador González Carcedo