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Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia
• Indicadores Relevantes:
• 4.T.CT2.CC.3: Realiza observaciones y
mediciones para recopilar evidencia sobre
los efectos del desgaste y la erosión por
agua, hielo, viento o vegetación en las
características de la superficie de la Tierra.
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Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia
• Indicadores Relevantes:
• 5.B.CB2.EM.3: Desarrolla un modelo para
describir el movimiento de la materia entre
productores, consumidores (plantas, animales),
descomponedores y el ambiente; establece la
diferencia entre estos. Énfasis en su función
dentro de la cadena o red alimentaria. El énfasis
está en la idea de que la materia que no es
alimento (aire, agua, materiales descompuestos
en el suelo) se convierte en material alimenticio
nuevamente por las plantas.
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Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia
• Indicadores Relevantes:
• 5.T.CT2.EM.1: Explica la importancia del
ciclo del agua para la vida del planeta
(formación de ríos, industrias, necesidad y
múltiples usos en el hogar, agricultura,
diversión, fuente de alimento y hábitat).
Reconoce la necesidad del agua en los
ecosistemas.
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Estándar: Interacciones y Energía
• Indicadores Relevantes:
• 4.T.CT3.IE.4: Describe e identifica
problemas ambientales causados por la
interacción del ser humano sobre los
cuerpos de agua, el suelo y el relieve
(planicie, montañas, mogotes, colinas,
valles, cañones, cañadas, cuencas,
cordilleras, llanos).
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Estándar: Interacciones y Energía
• Indicadores Relevantes:
• 4.T.CT3.CC.2: Diseña soluciones
alternativas al impacto de las acciones
humanas sobre el ambiente, enfocándose
en los ecosistemas y ambientes de Puerto
Rico. El énfasis está en la contaminación
del agua, del aire y del suelo, la
conservación de recursos naturales y el
manejo adecuado y responsable de los
desechos.
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Estándar: Interacciones y Energía
• Indicadores Relevantes:
• 6.T.CT3.IE.1: Utiliza evidencia para evaluar
el impacto de la actividad humana sobre la
biósfera, la geosfera y la atmósfera, en el
planeta Tierra, haciendo énfasis sobre
Puerto Rico.
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• 6.T.CT2.CC.3: Explica el efecto del agua en
los cambios de la superficie de la Tierra
sobre largos periodos de tiempo. El énfasis
está en la erosión y la precipitación.
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El terreno o “Soil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Las plantas obtienen la mayoría del agua y
minerales de las capas superiores del
terreno.
• Además de agua y minerales, estas capas de
suelo contienen una gran variedad de
organismos vivos.
• Los organismos vivos juegan un papel clave en
el mantenimiento de estas capas de terreno.
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El terreno fértil o “Topsoil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Cuando examinamos las capas de terreno nos
damos cuenta de que en realidad son un
ecosistema muy complejo, pero frágil.
• Las capas fértiles de terreno o “topsoil” toman
cientos de años en formarse pero pueden ser
destruidas en pocos años.
• “La nación que destruya su suelo, se
destruye a si misma”
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El terreno o “soil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Para poder apreciar la importancia del suelo
como recurso, hay que entender sus
propiedades físicas básicas: su textura y
composición.
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Textura del suelo
• La textura del suelo depende del tamaño de
sus partículas; de mayor a menor son
clasificadas como: gravilla, arena, cieno y
arcilla.
• Gravilla (mayor de 2 mm), Arena (0.02-2 mm),
cieno (0.002-0.02 mm) y arcilla (menos de
0.002 mm).
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Textura del suelo
• El terreno está estratificado en capas llamadas
horizontes de suelo o “soil horizons”.
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Textura del suelo
• Los horizontes pueden tener grosores que
varían desde centímetros hasta metros.
• El Horizonte A (“Topsoil”) consiste de
partículas de minerales, organismos vivos y
humus (materia orgánica en descomposición).
• Se enfatizará en las propiedades del ”topsoil”
por su importancia para las plantas y la
agricultura.
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• Es importante establecer que las plantas
obtienen los nutrientes de la solución (agua y
minerales disueltos) del “topsoil”, no del
terreno directamente.
• Esta solución se encuentra en los poros o
espacios que se forman entre las partículas
que componen el suelo.
• Estos poros también contienen bolsillos de
aire.
Textura del suelo
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• Después de una lluvia fuerte, el agua drena al
terreno a través de los espacios grandes pero
parte del agua es retenida en los espacios
pequeños debido a la atracción de las
moléculas de H2O a la carga negativa de la
arcilla y a otras partículas de terreno.
Textura del suelo
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• Los “topsoils” mas fértiles son conocidos como
Margas o “Loams”.
• ¿Por qué las margas son el tipo de
“topsoil” mas fértiles?
• Porque contienen cantidades equitativas de
arena, cieno y arcilla.
Margas
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Las margas tienen la cantidad ideal de cieno y
arcilla para proveer suficiente superficie de área
para la adhesión y retención de agua y
minerales.
Además, contienen suficiente arena que provee
la separación adecuada de partículas para que
ocurra difusión de oxígeno para las raíces de las
plantas.
Margas
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• Se debe tener claro, que terrenos con mucha
arena no tienen la capacidad de retener
suficiente agua para que crezca mucha
vegetación.
• Por otro lado, los terrenos arcillosos retienen
demasiada agua y los espacios de aire se
llenan de agua y como consecuencia las
plantas se “sofocan” por falta de oxígeno.
• Las margas mas fértiles son las que tienen
50% de agua y 50% de aire en sus poros.
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Composición del “topsoil”
• La composición del suelo se refiere a sus
componentes inorgánicos (minerales) y sus
componentes orgánicos.
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Componentes inorgánicos
• Las cargas eléctricas de las partículas que
componen el suelo determinan qué nutrientes
se van a retener y puedan estar disponibles
para las plantas.
• Por lo general, las partículas del suelo tienen
cargas negativas permitiendo que cationes
como K+, Ca2+, Mg2+ se adhieren a estas.
• Esto previene que se pierdan (“leaching”) del
terreno junto con el agua de la escorrentía.
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• Estos cationes entran en la solución del suelo
y pueden ser absorbidos por las raíces de las
plantas.
• Es importante recordar que las plantas
obtienen los nutrientes de la solución y no del
terreno directamente.
Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil
Componentes inorgánicos
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• Los cationes entran en solución mediante un
proceso conocido como intercambio de
cationes.
• En este proceso los cationes que están
adheridos a las partículas del terreno son
intercambiados por otros cationes, usualmente
H+, siempre y cuando el pH del terreno sea
ácido y ocurra la siguiente reacción:
• H2O + CO2 = H2CO3 + HCO3– + H+
Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil
¿Cómo entran en solución los cationes ?
Intercambio de cationes
en el terreno.
Soil particle–
–– –
– – – –
–K+
K+
K+
Ca2+Ca2+
Mg2+
H+
H+
H2O + CO2 H2CO3 HCO3– +
Root hair
Cell wall
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Componentes orgánicos
• El componente orgánico principal del “topsoil” es el humus.
• Definimos humus como la materia orgánica producida por la descomposición de organismos muertos, heces fecales y hojas.
• El humus previene que las partículas de arcilla se compacten produciendo un tipo de suelo que retiene agua, pero es también suficientemente poroso como para mantener aire que será usado por las raíces.
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Componentes orgánicos
• Otros componentes orgánicos del “topsoil” son: bacterias, hongos, algas, otros protistos, insectos, lombrices de tierra, nemátodos y raíces de plantas.
• Una cucharita de“topsoil” contiene 5 billones de bacterias.
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Componentes orgánicos
• La acción de todos estos organismos ayudan a descomponer la materia orgánica y a mezclar el terreno, determinando las características físicas y químicas del suelo.
• Por ejemplo, las lombrices de tierra metabolizan la materia orgánica en inorgánica.
• Además, al moverse llevan los nutrientes a diferentes profundidades de las capas de suelo.
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Componentes orgánicos
• Las raíces de las plantas también influyen en la textura y composición del suelo.
• La adhesión de las partículas de terreno a las raíces disminuye la erosión.
• Por otro lado, el metabolismo de las plantas secreta ácidos al terreno, manteniendo un pH ácido, lo cual es crucial para la absorción de minerales en las plantas.
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Macronutrientes y Micronutrientes
• Se han identificado mas de 50 elementos
químicos como parte de los componentes
inorgánicos presentes en las plantas, pero solo
17 son considerados esenciales.
• Un elemento esencial se define como uno
que es requerido por la planta para completar
su ciclo de vida.
• La técnica de cultivo hidropónico se utiliza para
determinar cuál elemento químico es esencial.
Fig. 37-6
TECHNIQUE
Control: Solutioncontaining all minerals
Experimental: Solutionwithout potassium
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• Nueve de estos elementos esenciales son
definidos como macronutrientes, ya que las
plantas los necesitan en cantidades
relativamente altas.
• Estos macronutrientes son: carbono, oxígeno,
hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio,
calcio y magnesio.
La técnica de cultivo hidropónico ha establecido que:
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• Existen otros ocho elementos químicos
esenciales que se necesitan en cantidades
relativamente pequeñas, los que se conocen
como micronutrientes.
• Los micronutrientes son: cloruro, hierro,
manganeso, boro, zinc, cobre, nickel, y
molybdenum.
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Síntomas de deficiencias de minerales
• Los síntomas de deficiencia mineral dependen
de la función del nutriente.
• Las deficiencias mas comunes son las de
nitrógeno, potasio y fósforo.
• Los síntomas de las deficiencias están
relacionadas a cambios en los colores de las
hojas.
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Síntomas de deficiencias de minerales
• Las deficiencias se pueden corregir mediante
la fertilización del terreno.
• Las deficiencias de micronutrientes también
puede ocurrir, pero se corrigen añadiendo
cantidades muy pequeñas.
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Conservación de suelo y agricultura sostenible:
• En los hábitats naturales la descomposición de
los nutrientes orgánicos e inorgánicos
mantiene los ecosistemas funcionales.
• En contraste con los ecosistemas naturales, la
agricultura agota los minerales del suelo, las
reservas de agua y promueve la erosión.
• El objetivo de una agricultura sostenible es la
de usar métodos que sean ambientalmente
amigables pero costo efectivos.
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La irrigación como mecanismo de suplir agua en la agricultura
• La irrigación es un proceso que drena agua en
cantidades muy altas, especialmente cuando el
cultivo es en áreas áridas.
• El recurso principal de irrigación son las
reservas de agua subterráneas conocidas
como acuíferos.
• El 75% de los recursos de agua dulce se
utilizan para la agricultura a nivel global.
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Irrigación
• El drenar los acuíferos tiene consecuencias
tales como el hundimiento del terreno.
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• La irrigación también puede dar lugar a la
salinización del terreno, la concentración de
sales en el suelo al drenar el agua.
• Una concentración alta de sal en el terreno
afecta significativamente la absorción de agua
en las plantas y eventualmente mueren.
Irrigación
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Fertilización del terreno para uso en la agricultura
• Los terrenos pierden una gran cantidad de
nutrientes cuando se remueve el cosecho.
• La Fertilización remplaza los nutrientes
minerales que se han perdido.
• Los fertilizantes comerciales son altos en
nitrógeno, fósforo y potasio.
• Los fertilizantes orgánicos consisten de
“manure”, remanentes de pescado y composta.
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Fertilización del terreno
• Una cantidad significativa de los fertilizantes
utilizados en la agricultura no son absorbidos
por las plantas.
• Este exceso eventualmente llega a los cuerpos
de agua causando lo que se conoce como
eutroficación.
• La eutroficación tiene el efecto de agotar el
oxígeno disuelto en el agua causando muerte
en masa a los peces e invertebrados locales.
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Agricultura y Erosión
• Al extraer las cosechas agrícolas, el terreno
queda desprovisto del sistema de raíces de las
plantas y como consecuencia ocurre erosión.
• La erosión de miles de acres de “topsoil”
ocurre comúnmente debido a la escorrentía del
agua y por causa del viento.
• Como consecuencia, se pierden los nutrientes.
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• La erosión puede reducirse mediante:
– La siembra de árboles para bloquear el
viento
– Cultivando en un patrón de contorno
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Previniendo la compactación del suelo
• La compactación del suelo debido al uso de
maquinaria pesada reduce el espacio de los
poros entre las partículas del terreno.
• La compactación del suelo disminuye el
intercambio de gases y reduce el crecimiento
de las raíces de las plantas.
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Fitoremediación
• Algunas áreas no son aptas para la agricultura
debido a que el terreno o el agua subterránea
están contaminadas con tóxicos.
• La tecnología conocida como fitoremediación
permite restaurar estos terrenos.
• La fitoremediación consiste en sembrar ciertas
plantas que tienen la capacidad metabólica de
extraer los contaminantes y luego ser
desechados de forma segura.
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“Plantas inteligentes”
• “Una planta inteligente informa al agricultor la
deficiencia de un nutriente antes de que ocurra
un daño irreparable.
• Por ejemplo, cuando las hojas se tornan a un
color azul tenue es indicativo de deficiencia de
fosfato.
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Modificaciones genéticas como método de mejorar la nutrición de las plantas.
• La ingeniería genética puede mejorar la
nutrición en las plantas y el uso de fertilizantes.
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Producción de Plantas Transgénicas:
Aplicación de la Biotecnología en la Agricultura
Ventajas: aumento en la producción de cosechas, reducción de
recursos como agua y fertilizantes y control de plagas de forma
compatible al ambiente.
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Tolerancia a las inundaciones
• Ciertas especies de plantas de arroz han
desarrollado resistencia a estar sumergidas
por varias semanas, esto es debido a una
mutación genética.
• El gen responsable de esta resistencia se
conoce como: “ gene Submergence 1A-1”.
• Este funciona codificando una enzima que
acelera la degradación del alcohol y permite
que la planta extienda su tolerancia a estar
sumergida.
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Tolerancia a las inundaciones
• La ingeniería genética ha introducido este gen
en el genoma de las otras especies de arroz y
como resultado toleran estar sumergidas por
un periodo de tiempo mayor.
• La ingeniería genética ha logrado transferir
genes con otras funciones a varias especies
de plantas y animales.
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Organismos Transgénicos relacionadoscon la Agricultura
• Microorganismos que previenen la
congelación de cosechas
(“ice minus”, “Frostban”).
• Plantas cuyas frutas tardan en madurar. Ej. tomates
“Flavr Savr™” (biosíntesis de etileno reducida).
• Plantas que producen maní con niveles elevados de
ácido oleico (mayor tiempo de vida).
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• Plantas resistentes a insectos, utilizada en tabaco,
maíz, algodón y tomate.
• Plantas resistentes a
herbicidas (canola, soya,
maíz).
• Plantas con resistencia a
virus (papaya, calabacines).
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•Plantas tolerantes a altas concentraciones de
sal o aluminio (en India cultivo de arroz
tolerante a agua salada).
•Plantas con mayor grado nutricional: arroz
que produce beta caroteno (precursor de
vitamina A) (“Golden Rice”), maíz con altos
niveles del aminoácido lisina (Mavera™).
“Golden Rice”
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• Plantas de arroz con genes de fotosíntesis de otro
organismo- aumenta la eficiencia de convertir luz
solar en almidón y aumenta la cosecha.
• Plantas de claveles violetas
(“Moonshadow carnation”)
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Epífitas, plantas parásitas y carnívoras
• Algunas plantas han desarrollado
adaptaciones nutricionales que las benefician
de otros organismos, pero de forma no
mutalista.
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Epífitas
• Una planta epífita es una que crece sobre otra
planta u otro substrato (bromelias y orquídeas).
• Obtiene agua de la lluvia y de la humedad del
hábitat donde vive.
• Obtiene nutrientes de la hojarasca.
• En esta relación no se compite con la planta
hospedera.
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• Las plantas parásitas absorben azúcares y
minerales de la planta hospedera.
• En esta caso si hay competencia con la planta
hospedera.
Plantas Parásitas
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• Las plantas carnívoras son fotosintéticas, pero
obtienen nitrógeno y otros nutrientes al matar y
digerir insectos.
Video: Sun Dew Trapping Prey
Plantas Carnívoras