Manejo sustentable de maiz

La producción mundial de grano de maíz en los últimos 4 años a superado las 800 millones de toneladas métricas, aunque la tendencia en la producción continua creciendo, como se muestra en la Tabla 1 siguiente, el comportamiento indica la presencia de factores que limitan el desarrollo productivo y sustentable del cultivo, como son el agua, clima, degradación de los suelos y falta de conocimientos de frontera sobre la genética, fisiología, nutrición de la planta de maíz y su relación con ciclos biogeoquímicos y climáticos. Que permitan establecer un manejo resiliente y sustentable del cultivo a largo plazo, sin el deterioro biológico y económico. 

El volumen de la producción mundial de 1,040 millones de toneladas de grano de maíz, nos muestra la gran adaptación del cultivo en los diferentes ecosistemas agrícolas del mundo, siendo su producción por hectárea muy variable entre 0.5 a 33 ton ha-1 (como ejemplo se muestra la Figura 1, el crecimiento del rendimiento anual record en Estados Unidos de Norte América), según sea el manejo de la nutrición, control de factores bióticos y abióticos, la diversidad de la composición de minerales primarios y secundarios del suelo y regímenes hídricos también muy variables.

La superficie mundial dedicada a la siembra de maíz supera las180 millones de hectáreas, en ella la rizósfera explora un volumen de suelo de aproximadamente 720 millones de m³, donde las raíces de las plantas ejercen una gran fuerza para extraer los nutrientes que requieren para el proceso productivo sustentable. La actividad está relacionada con la ocurrencia de la disolución Biogeoquímica de los minerales primarios del suelo, para lo cual la planta invierte gran cantidad de energía a través de exudados radiculares orgánicos ricos en energía, mediada por H⁺ (principal transportador de energía y dado que el Hidrogeno (H) se acumula en la planta, funciona como fertilizante). La energía empleada para la disolución es equivalente a la mitad que captura del sol a través del proceso fotosintético y esta llega a equivaler a más del 50% de la cosecha en el caso de cereales y granos. El H⁺ se obtiene con la descomposición del agua (H₂O) con la reacción siguiente:

En el proceso de la fotosíntesis ocurren dos procesos, la captura y asimilación de fotones de luz (λ = 300- 700 nm) o fertilización lumínica y la captura y asimilación de CO₂ o fertilización carbónica. Estos procesos con el apoyo de Mn²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Cl^- , Mg²⁺, SiO₂, PO₄³⁺, H₂O, hacen posible el desarrollo de reacciones químico-biológicas (bioquímicas) para transformar la energía física, cuantos, de luz solar, en energía biológica, a través del transportador de energía, H⁺, el cual se acopla a reacciones de óxido-reducción (REDOX, Figura 2) para incorporan la energía en moléculas de CO₂ y crear carbohidratos (C₆H₁₂O₆). A través de los carbohidratos es como se almacena y distribuye la energía en los sistemas biológicos. Para su liberación y uso se demanda de H⁺ y reacciones REDOX. De tal manera que la eficiencia de estos procesos resulta clave para sustentar el desarrollo de los agroecosistemas.

En esta reacción, la luz solar del espectro visible es capturada por el fotosistema II (PSII) que se encuentra en las membranas de los tilacoides, en unidades llamadas cuantosomas, donde la clorofila es la responsable de capturar los fotones de la radiación solar. En el estroma de los cloroplastos el potencial de óxido-reducción cuando no ocurre la iluminación su valor es de ~ +1000 mV (oxidado) y cuando son iluminados con la radiación solar su valor es de ~ -600 mV (reducido). Este cambio de estado, es instantáneo (de estado oxidado a un estado reducido), siendo responsables de esto, la concentración de iones H+ (pH) y la cantidad de energía que ellos contienen, la cual se mide por el potencial REDOX (mV). La cuantificación REDOX resulta importante para determinar la capacidad de las células, tejidos, soluciones acuosas, de realizar mantenimiento, incremento y almacenamiento de energía, tal que se realice el crecimiento de los sistemas biológicos de manera sustentable.

La energía del potencial redox exudada por las raíces disuelven los minerales primarios y secundarios del suelo entre ellos solubilizan al silicio (Si), el que se asimila por las raíces en la forma de acido ortosilícico (H₄SiO₄) y sus sales silicatos, que apoyados por proteínas especificas localizadas en la membrana celular ayudan al transporte y distribución de agua (H₂O) y cationes K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺ y seguramente también substancias orgánicas, una vez que el H₄SiO₄ llega a la epidermis del tejido foliar, apoyado por el H₂O de transpiración, este forma estructuras cristalinas solidas, llamados fitolitos o cuerpos SiO₂.nH₂O que recubren la epidermis y extensiones celulares de la epidermis foliar conocidas como tricomas. Mediante el análisis de tejido foliar con espectrómetros de rayos X (dispersión y florescencia) acoplados a microscopia electrónica de barrido, se ha demostrado que diferentes formas químicas el Si biogeoquímico recubre el 90% de la epidermis foliar, a este proceso de biomineralización con Si se le llama biosilicificación, mismo hasta hoy es escasamente estudiado.

La asimilación y extracción de nutrientes por una hectárea de cultivo de maíz con un buen rendimiento de biomasa total, se muestra en la Tabla 2. Las acumulación y extracción de nutrientes se muestran en orden descendente. Es claro que los dos elementos más abundantes son asimilados del aire como bióxido de carbono atmosférico (CO₂), el tercero es aportado por el agua (H₂O) de lluvia o riego, el cuarto puede ser asimilado por rizósfera como nitrógeno atmosférico (N₂) y/o mineralizado como amonio (NH_3⁺) y nitrato (NO_3^- ), formas en los que también puede ser aportado como fertilizante y extraído por las raíces. Los demás nutrientes se encuentran en los minerales primarios y secundarios y las rizósfera puede disolverlos y las raíces extraerlos por procesos bioquímicos que requieren energía o bien por difusión, este último proceso muy lento.

El Silicio es el quinto elemento que presenta gran acumulación en los tejidos de la planta por lo que lo consideramos como un macroelemento (Figura 3) ya que encuentra en mayor concentración que el Potasio, Calcio, Magnesio, Fosforo, Azufre, etc., por este motivo los procesos biogeoquímicos del Silicio los consideramos de gran importancia.

La corteza terrestre está compuesta por estructuras cristalinas con una composición química promedio de: Oxigeno 55%, Silicio 25%, Aluminio 5%, Hierro 5%, Calcio 2%, Magnesio 2%, Potasio 2%, Sodio 1% y otros elementos en menor concentración. Estas estructuras muestran disolución cuando se ejerce energía de disociación (entalpia) sobre las moléculas de los minerales primarios por acción física, química o biológica. Hay moléculas que tienen una alta solubilidad por lo que su energía de disolución es pequeña, como el caso del ácido acético 0.360 kJ mol^-1, cloruro de sodio 3.89 kJ mol^-1, mientras que para remover cationes de las estructuras cristalinas requerimos para Na-O 270, K-O 271.5, Mg-O 358.2, Mn-O 362, CaO 383.3, Fe-O 407, Al-O 501, Ti-O 688 y Si-O 799.6 kJ mol^-1. Como se observa se requiere 300 veces más energía para disolver al silicio que al potasio. Por otro lado conocemos que las plantas ocupan Silicio para su crecimiento y productividad, de 2 a 10 % de su peso seco. Ello significa una gran inversión de energía para el desarrollo sustentable de la agricultura. El cuantificar con ASEM-EDS y XRF la movilización de silicio de los minerales del suelo a los tejidos vegetales, nos permite establecer parámetros para el desarrollo sustentable del cultivo de maíz, mediante el manejo Soil4+.

El maíz (Zea mays), es una planta de porte robusto y de hábito anual; el tallo, con la función de almacenamiento y transporte de reservas de carbohidratos, minerales y agua, es simple, erecto, de elevada longitud alcanzando alturas de uno a cinco metros, con pocos macollos o ramificaciones, su aspecto recuerda al de una caña de azúcar por la presencia de nudos y entrenudos y su médula esponjosa. Las hojas, donde se desarrolla la actividad fotosintética y la asimilación de CO_K tipo C4, con una anatomía tipo kranz, nacen en los nudos de manera alterna a lo largo del tallo; se encuentran abrazadas al tallo mediante la vaina que envuelve el entrenudo y cubre la yema floral, de tamaño y ancho variable. Las raíces, asimilan agua y nutrientes de manera selectiva de la solución del suelo, las primarias son fibrosas presentando además raíces adventicias, que nacen en los primeros nudos por encima de la superficie del suelo, ambas tienen la misión de mantener a la planta erecta y ser las ultimas en realizar la extracción del agua y nutrientes para completar el crecimiento. Los nudos del tallo y del pedúnculo de la mazorca tienen el potencial de expresión genética para la emisión de yemas florales femeninas, hojas y raices.

Es una planta monoica de flores unisexuales, que presenta flores masculinas y femeninas bien diferenciadas en la misma planta: la inflorescencia masculina es terminal, se conoce como panícula (o espiga) consta de un eje central o raquis y ramas laterales; a lo largo del eje central se distribuyen los pares de espiguillas de forma polística y en las ramas con arreglo dístico y cada espiguilla está protegida por dos brácteas o glumas, que a su vez contienen en forma apareada las flores estaminadas; en cada florecilla componente de la panícula hay tres estambres donde se desarrollan los granos de polen. La coloración de la panícula está en función de la tonalidad de las glumas y anteras, que pueden ser de coloración verde, amarilla, rojiza o morada. Las inflorescencias femeninas (mazorcas), se localizan en las yemas axilares de las hojas, son espigas de forma cilíndrica que consisten de un raquis central u olote donde se insertan las espiguillas por pares, cada espiguilla con dos flores pistiladas una fértil y otra abortiva, estas flores se arreglan en hileras paralelas, las flores pistiladas tienen un ovario único con un pedicelo unido al raquis, un estilo muy largo con propiedades estigmáticas donde germina el polen.

La inflorescencia femenina (mazorca) puede formar alrededor de 400 a 1,000 granos arreglados en promedio de ocho a 24 hileras por mazorca; todo esto encerrado en numerosas brácteas o vainas de las hojas, los estilos largos saliendo de la punta del raquis como una masa de hilo sedoso se conocen como pelo de elote; el jilote es el elote tierno. Por las características mencionadas, el maíz es una planta de polinización abierta (anemófila) propensa al cruzamiento, la gran mayoría de los granos de polen viajan de 100 a 1,000 metros.

En la mazorca cada grano o semilla es un fruto independiente llamado cariópside que está insertado en el raquis cilíndrico u olote; la cantidad de grano producido por mazorca está limitada por el número de granos por hilera y de hileras por mazorca. Como cualquier otro cereal, las estructuras que constituyen el grano del maíz (pericarpio, endospermo y embrión) le confieren propiedades físicas y químicas (color, textura, tamaño, concentración de carbohidratos y nutrientes minerales, etc.) que han sido importantes en la selección del grano como alimento.

Semilla o grano, Cada grano de maíz, consta de las siguientes partes anatómicas y fisiológicas que resultan ser fundamentales en la producción y volumen de cosecha:

Capa protectora o gluma: Es la capa que protege al grano, se conoce típicamente como salvado. Esta formado principalmente por fibra y una riqueza mineral compuesta de potasio (4 a 6 %), cuerpos sólidos de silicio (SiO₂.nH₂O) formados por el proceso de biosilicificación, y silicio soluble (aproximadamente 15% del peso seco).

Envoltura Externa: Esta formada por el pericarpio, mesocarpio o tegumento interno y el epicarpio. En esta envoltura está compuesta por minerales, proteínas, vitaminas y antioxidantes

Envoltura interna del embrión (Escutelo): Aquí encontramos una capa de células grandes que envuelven al embrión y forman el tejido del escutelo, que almacenan una gran cantidad de cuerpos de Fitatos (Figura 4) compuestos por el carbohidrato mio-inositol el cual es fosforilado con 6 átomos de fosforo (P) y diversas cantidades de potasio (K), magnesio (Mg), hierro (Fe) y zinc (Zn). La concentración de fosforo total en la semilla se encuentra entre 0.4 y 0.6 % (aprox. 5 kg P ton^-1) del peso seco, mientras que la concentración de fitatos varía entre 2.5 a 4.0 g kg^-1 de semilla, esto es, la concentración de fitatos corresponde aproximadamente al 70% del fosforo total de la semilla. La buena formación del escutelo permitirá que la semilla posea un mejor peso y densidad, además que proporciona una gran calidad nutritiva ya que también en estas células se acumula proteína como la α-amilasa, proteasas y fosfatasas (nitrógeno proteico), vitaminas y ácidos grasos.

Endospermo: En esta capa se encuentra una gran acumulación de carbohidratos que forman las partículas de almidón del tipo amilosa, que ocupan el mayor volumen de la semilla (aproximadamente el 80% del peso).

Embrión o germen: Ocupa la parte inferior del endospermo y es prácticamente una microplanta compuesta por radícula y plúmula (hoja embrionaria), este tejido está compuesta por proteínas, antioxidantes, minerales y vitaminas.

El cultivo sustentable del maíz se basa en las relaciones biogeoquímicas siguientes, que son factibles de controlar por las prácticas de Manejo del productor: 

Los procesos que biogeoquímicos que se relacionan con la ecuación anterior son:

Biosilicificación: Proceso de disolución y solubilización de silicio presente en los minerales primarios (MPA_Si) del suelo, asimilación por la rizósfera en la forma de ácido ortosilícico soluble (H₄SiO₄) mediado por proteínas de transporte de la membrana plasmática celular del tipo acuaporinas. Su transporte y distribución en los tejidos acompañado de cationes (Fe²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Cu²⁺, H₂PO_4^- ) en la forma de silicatos y acumulación de silicio amorfo (SiO₂.nH₂O) en epidermis foliar, de hojas y gluma. Este proceso de Biosilicificación se encuentra relacionado además con la resiliencia biótica y abiótica. Este proceso lo apoyamos y activamos con materia orgánica liquida (ProRedox®) mezclado con Diatomix® (tierra diatomea rica en Silicio biogénico)

Metabolismo ERO: El metabolismo de especies reactivas de oxigeno (EROX), forma parte de la fertilización lumínica, está ligado con los mecanismos de resistencia biótica y abiótica, y consecuentemente con la productividad. Este metabolismo se fundamenta en la producción de peróxido de hidrogeno (H₂O₂), mediado por especies de Cobre, Zinc y Manganeso y se produce en el cloroplasto, mitocondria, peroxisoma y citoplasma. Las especies de oxigeno reactivo y H₂O₂, además de la protección biótica y abiótica, son liberados por los exudados de la raíz, para la disolución de minerales primarios y regulación del potencial redox, aunque es un gasto de energía muy alto para la planta por lo que se merma su producción. El metabolismo ERO forma parte del metabolismo de resistencia sistémica adquirida e inducida. Para apoyar este proceso metabólico aplicamos D'Tox® al suelo o de manera foliar, complementado con Diatomix® para ampliar su acción.

Metabolismo del fosfato: Igual que el silicio el fosforo de la forma sólida se solubiliza por factores bióticos y abióticos (fosfatasa, micorrizas, ácido ortosilícico, microorganismos) y se transporta por proteínas del tipo acuaporinas y puede ser mediado por silicatos. El fosforo junto con el hierro y zinc están relacionados directamente con la cantidad y calidad cosecha y producción-acumulación de carbohidratos. Específicamente el fosforo se acumula en las semillas en las células de la aleurona y escutelo en la forma de estructura solidas llamadas fitatos. La cantidad de fosforo acumulado está relacionado con la calidad y sanidad de las semillas y cosechas. Este metabolismo lo apoyamos con Fosfosilidol® y consorcio microbiano Nan-O-Fert® el consorcio se complementa con Diatomix® para ampliar la actividad y mejorar su actividad..

Desarrollo de la rizósfera: Las raíces de las plantas exudan una gran cantidad de biomoléculas; carboxilos (málico, cítrico, fumárico), peróxido de hidrogeno, carbohidratos, como mecanismos para disolver los MPA_Si del suelo, inducir la interacción con la biota microbiana y mejorar la disponibilidad de nutrientes, los mecanismos de resistencia biótica y mejorar la productividad. Este proceso se activa y regula con la aplicación frecuente de ProRedox, Nan-O-Fert®, Fosfosilidol® y Diatomix®.

Ciclos biogeoquímicos: La productividad progresiva de los cultivos se relaciona con la eficiencia con la que se realicen los procesos biogeoquímicos de los nutrientes, Nitrógeno, Silicio, Fosforo, Calcio, Magnesio, etc. La propuesta de manejo se fundamenta en la experiencia holística del productor y en desarrollo de ciclos Biogeoquímicos, que inician con la disolución del suelo descrita por la ecuación descrita antes en párrafos de arriba:

El proceso de innovación se desarrolla considerando, acciones siguientes:

Tecnología Soil4+ 

A manera de ejemplo consideramos lo siguiente:

S₁: Manejo o experiencia holística del productor, misma que se apoya con actualización de la investigación científica, capacitación a través del Extensionismo Transdisciplinario y actividades de innovación y desarrollo tecnológico. Aquí se incluyen todas las actividades relacionadas con el manejo sustentable del suelo, disolución incongruente de nutrientes, conservación, aprovechamiento de agua, nutrición vegetal.

S₂: Minerales primarios amorfos ricos en silicio (MPA_Si) que componen la fracción cultivable del suelo (≈4000 ton ha^-1), Biotita, Alvita, Muscovita, etc., y su caracterización química en un índice de sustentabilidad del suelo (IASS) o índice de productividad primaria (IPP), el cual se determina considerando toda la composición química elemental del suelo y su relación con la composición de un suelo sustentable sin erosión (fresco), con una original composición de minerales primarios ricos en silicio, hierro, aluminio, calcio, potasio, magnesio, cloro, fosforo, sodio, zinc, manganeso, cobre, nitrógeno, titanio y carbono (mineral y orgánico). El IASS permite establecer el manejo tecnológico para la disolución de los minerales del suelo que enriquecen la solución del suelo, de la cual la rizósfera (complejo macro, microbiota, suelo, raíz) asimila los nutrientes para el desarrollo del cultivo. Así también, se establece la cantidad de minerales primarios ricos en silicio necesarios para remineralizar de manera sustentable el suelo y revertir el proceso de erosión y mantener el suelo “fresco”. El valor de referencia de IASS para un suelo productivo y sustentable es de 50%. El IASS indica también la disponibilidad de silicio soluble en la forma de ácido ortosilícico (H₄SiO₄), el cual activa la disolución del fosforo y hierro, e incrementa la concentración y disponibilidad de todos los nutrientes en la solución del suelo además de que forma parte de la movilización de los nutrientes desde la solución del suelo a la raíz de la planta y también dentro de los tejidos de esta. El mantener en balance a los minerales del suelo crea condiciones para la ocurrencia de un flujo de electrones tal que se crea un estado continuo de procesos oxido-reducción, que permite intercambio de energía entre los nutrientes minerales, orgánicos y los componentes de la rizósfera. Un mineral fresco, disponible es el Fosfosilidol®, del cual se deben aplicar de 400 a 800 kg ha^-1, para restaurar la capa arable de 10 cm, donde ocurre la mayor actividad de la rizósfera.

S₃: Materia orgánica (MO) liquida y sólida, el carbono orgánico de los esquilmos agrícolas y/o estiércol de ganado, a través de la acción del agua y procesos biogeoquímicos (biomoléculas – lixiviado) son fuente de carboxilos (ácido carboxílico, ácido málico, ácido cítrico, ácidos húmicos, ácidos fúlvicos, etc.), flavonoides, fenoles, proteínas, azucares, polímeros de carbohidratos de bajo peso molecular, indispensables para la disolución de los MPA_Si del suelo y enriquecer la solución del suelo con nutrientes y energía redox. Este proceso geológico-químico-biológico constituye el inicio del ciclo biogeoquímico de los nutrientes que los cultivos requieren para un desarrollo sustentable. Por lo que la MO y los microorganismos tienen una función importante como proveedores de gran diversidad y cantidad de substancias húmicas ricas en carboxilos (R-COOH)n, que mejoran la capacidad de intercambio catiónico del suelo y forman quelatos con los minerales solubles, haciéndolos altamente disponibles para el sistema de la rizósfera. Así también proveen bióxido de carbono gaseoso y soluble (CO₂/H₂CO₃) el cual es activo para la disolución del suelo y al liberarse a la atmosfera incrementa la fotosíntesis y limita el agobio causado por deficiencias de CO₂ atmosférico que contribuye a la fertilización carbónica. Por ello el enriquecimiento del suelo con MO y la inducción de la descomposición de los esquilmos agrícolas vía la acción microbiana es una alternativa para la disolución continua de nutrientes durante el desarrollo del cultivo. Adicionalmente la materia orgánica soluble (lixiviados) además de proveer substancias ricas en carboxilos, suministra substancias químicas con actividad biológica (promotor del crecimiento vegetal y actividad biosida). También la MO liquida (lixiviados) proporcionan mejora y estabilidad de factores fisicoquímicos, como el pH, C.E., y potencial oxido-reducción. Las biomoléculas – lixiviado también contribuyen con la descompactación del suelo e incrementan la capacidad de retención de humedad.

S₄: Microorganismos como parte en un consorcio microbiano (más de ochenta microorganismos), integrado por una flora eficiente en la degradación selectiva de la MO, disolver, mineralizar, movilizar, transportar y fijar nutrientes para las plantas. También proveen substancias orgánicas con acción biológica para el desarrollo adecuado de las plantas (precursores químicos de hormonas y biosidas) y suprimir o limitar el desarrollo de organismos patógenos a través de procesos simbióticos y de vida libre. El tipo de microorganismos que se recomienda para formar el consorcio microbiano son: Azospirillum brasiliense: (fijadora de nitrógeno y promotora del crecimiento), Beauveria bassiana: (entomopatógeno capaz de parasitar a insectos, insecticida biológico), Bacillus subtilis: (libera substancias con actividad fungicida), Bacillus thuringiensis: (libera substancias con actividad de insecticida y promotora del crecimiento), Metarhizium anisopliae: (entomopatógenos capaz de parasitar insectos), Micorrizas, ectomicorrizas/endomicorrizas: (asimilación y movilización de fosforo, promoción del crecimiento y mejora de la productividad), Paecellomyces lilcinus, hongo entomopatógeno que ataca a diversos géneros de nematodos, e insectos como mosquita blanca y pulgón, Trichoderma harzianum: (control y supresión de patógenos capaz de liberar substancias antagonicas), Nueve, Consorcio de 60 microorganismos de vida libre: Bacterias acido lácticas, Levaduras, fotoautotróficas.

A manera de resultado con la aplicación de la tecnología Soil4+, se muestra la composición química de una planta de maíz colectada a un 90% de su proceso fisiológico, con grano en plena madures.

El desarrollo del cultivo fue sano, no requiriendo la aplicación de agroquímicos ni fertilización foliar. Aunque en la región agrícola ocurrió una alta incidencia de diversas plagas y enfermedades, que junto a la limitada ocurrencia de lluvia estresaron a los cultivos. El costo total de producción fue de $ 7,500.00 pesos por hectárea y el rendimiento fue de 10.5 ton ha^-1.

Para el análisis de la composición elemental de los tejidos, se colectaron plantas completas con el mejor desarrollo y con madurez fisiológica de la mazorca. Las plantas de dejan secar a temperatura ambiente y bajo sombra. De las plantas secas se separaron los tejidos, se pesaron y molieron para su análisis por espectroscopia de rayos X, dispersión y fluorescencia, acoplados a un microscopio electrónico de barrido, los resultados del análisis a cada tejido de la planta se muestran en la siguiente Tabla 2:

La planta presenta un peso seco total de 1.032 kg, correspondiendo a las mazorcas 0.604 kg (58.5%) y el 50% de este peso correspondió al grano. Del peso seco total de la planta el 30% correspondió al grano (Tabla 2 y 3).

El carbón (C) y el oxigeno (O), asimilados por la planta a través del proceso fotosintético del tipo C4, para formar estructuras de carbohidratos como la celulosa, almidón y ligninas, participan con el 92.51% del peso seco total (71.63 ton), mientras que el nitrógeno represento 3.9% (~3.01 ton), el cual es asimilado por el sistema radicular y tiene como fuente al nitrógeno fijado y mineralizado por el consorcio microbiano o es aplicado mediante la fertilización química, en la planta principalmente el nitrógeno es acumulado en proteínas y compuestos orgánicos con actividad biológica, aquí es importante destacar que la mayor acumulación de nitrógeno ocurrió en la hojas, tallo y semillas, el resultado es alto por lo que debe tomarse con reservas. El silicio (Si) es el cuarto elemento de mayor acumulación en la planta de maíz, ocurriendo principalmente en las hojas (~6.0%), específicamente en la epidermis, con la formación de cuerpos SiO₂.nH₂O (fitolitos y tricomas) que forman parte de los mecanismos de resiliencia y protección biótica y abiótica de la planta. El Si representa el 1.5% (1.17 ton) del peso seco total de la planta, y su aporte se puede regular mediante la disolución incongruente de los MPA_Si presentes en la capa arable del suelo. El potasio (K) represento el 1.2% (0.93 ton) de peso seco de la planta, y prácticamente está distribuido equitativamente en todos los tejidos, encontrando la mayor acumulación en las hojas de la mazorca.

Es importante la acumulación de otros elementos como el cloro (Cl) y el fosforo (P, ~0.15 ton), este último se encuentra en mayor concentración en la semilla en la molécula de fitatos presentes en el escutelo que recubre al embrión y es fundamental para aportar el fosforo requerido para la movilización de energía, obtenida por el metabolismo de los carbohidratos contenidos en las moléculas de almidón del endospermo. Es importante observar que en el volumen del 80% de la raíz ocupa ~25 litros de suelo o bien un peso de 30.922 kg, en los que los minerales que ocupa la planta para soportar su nutrición se encuentran de manera sobrada, por ello es importante la aplicación del manejo Soil4+ para la disolución incongruente de los MPA_Si.

Silicio (Si) es el mineral más abundante del suelo (25-30%) y está en forma solida en las estructuras cristalinas de los minerales primarios (MPA_Si) y en su forma soluble (Si(OH)₄) ejerce efectos benéficos sobre; la solubilidad, acción sinérgica con otros como el boro, movilidad de nutrientes, el crecimiento de vegetativo y generativo de cultivos, mitiga la acción adversa de factores bióticos y abióticos y promueve el desarrollo del ecosistema microbiano del suelo. El transporte de Si desde el suelo a las raíces, hojas y flores está mediado por distintas proteínas de transporte y permite además la movilización y distribución de nutrientes en los tejidos. La proteína de membrana Lsi1, que pertenece a un grupo NIP de la familia de las acuaporinas, es responsable de la absorción de Si de la solución del suelo, a través de “poros” en las células de las raíces en ambas dicotiledóneas y monocotiledóneas, aunque sus patrones de expresión y la localización celular difieren con las especies de plantas. El transporte posterior de Si en las células de la raíz hacia la estela (tejido vascular del centro de la raíz) es medicado por un transportador de eflujo activo, Lsi2. Lsi1 y Lsi2 están polarmente localizados en los lados proximal y distal, respectivamente, de ambos exodermis y endodermis en la raíz de las gramíneas. El Si en la savia del xilema se presenta en forma de ácido ortosilícico y se descarga por Lsi6, un homólogo de Lsi1 en las gramíneas. La proteína Lsi6 también está involucrada en la transferencia inter-vascular de Si a los retoños y la expresión floral, lo cual es necesario para la distribución preferencial de Si a las inflorescencias.

Protocolo para el manejo sustentable y progresivo del cultivo de maíz. 

La innovación y desarrollo tecnológico para para la aplicación de tecnología apropiada se presenta a los productores para que realicen el siguiente programa de manejo:

Se recomienda iniciar el manejo del ciclo agrícola siguiente a partir del fin del fin de la cosecha al término de la trilla. Esto porque la descomposición biogeoquímica de los esquilmos agrícola y la disolución de los minerales primarios, requieren de al menos 70 días, es un proceso relativamente lento ya que depende de procesos biológicos y geológicos.

Una vez que los esquilmos agrícolas se descomponen debe realizar el análisis de suelo, agua, biota microbiana. Para la realización de esta actividad se requiere que el laboratorio cuente con, secadoras, molinos y equipo SEM-EDS-XRF. Las muestras se transportan secas y debidamente etiquetadas según el protocolo del laboratorio. En la figura 5, gráficamente se describe el proceso de toma de muestra.

Una descripción para dar seguimiento al proceso de cultivo del maíz se muestra en la Tabla 4, en esta de describen de manera resumida los procesos que el cultivo realiza y las actividades recomendadas:

Microorganismos o consorcio microbiano, integrado por una flora eficiente en la degradación selectiva de la MO y disolver, mineralizar, movilizar, transportar y fijar nutrientes para las plantas. También proveen substancias orgánicas con acción biológica para el desarrollo adecuado de las plantas (precursores químicos de hormonas y biosidas) y suprimir o limitar el desarrollo de organismos patógenos a través de procesos simbióticos y de vida libre. El tipo de microorganismos que se recomienda para formar el consorcio microbiano se describen en párrafos anteriores:

Estos microorganismos forman parte microbiota de la rizósfera de la mayoría de los cultivos agrícolas, y es capaz de proveer insumos orgánicos para complementar la nutrición los cultivos agrícolas, suprimir el desarrollo de biota patógena, mineralización de gases de la atmósfera (O₂, CO₂, N₂), promover el flujo de energía a través de reacciones oxido-reducción y activar la disolución incongruente de los suelos.

Estos microorganismos se deben aplicar frecuentemente al suelo próximo a las raíces, ya que muchas variables pueden afectar su desarrollo, por lo que deben aplicarse hasta su adaptación:

Los factores que modifican el comportamiento de los microorganismos son; Temperatura, pH, disponibilidad de gases, O₂ y CO₂, agua, población de microorganismos nativos del suelo, depredadores, concentración de sólidos disueltos, contenido de materia orgánica fresca y madura.

Para la reproducción y multiplicación de los microorganismos arriba enunciados, los cuales en general tienen las mismas demandas de nutrientes y energía, por ello recomendamos la reproducción del consorcio microbiano de la siguiente manera; para una producción de 200 litros aplicar;

Fuente de energía a través de carbohidratos: Melaza, 10 kg

Fuente de minerales, proteína, vitaminas, aminoácidos: Leche en polvo, 1.5 kg

Fuente de minerales, proteína, grasas, almidón: Atole de harina de arroz, 0.5 kg

Fuente de minerales, calcio, magnesio, silicio, hierro, zinc: Mineral primario Fosfosilidol®, 5 kg

Fuente de azufre: Azufre elemental o agrícola, 0.005 kg

Fuente de quitina: Camarón seco, molido y cosido, 0.1 kg

Fuente de consorcio de microorganismos: Nan-O-Fert® 10 litros

Colonización en micro encapsulados; Diatomix® 0.5 kg

Agua para ajustar a 200 litros

Reposar y agitar con regularidad, de preferencia dos veces por día.

La concentración adecuada de microorganismos se obtiene a los 7 días de cultivo, recomendando alimentarlos a la semana con; 2 litros de Melaza + 200 gramos de harina de arroz en la forma de atole + 250 gramos de leche en polvo.

Para continuar la reproducción de los microorganismos, se recomienda retirar máximo 150 litros, ya que el resto servirá para la reproducción y restaurar el volumen de 200 litros, para ello aplicar los volúmenes de nutrientes enunciados arriba.

Se colecta líquido ruminal de ganado vacuno, recién sacrificado, para lograr cosechar la mayoría de la biota microbiana. El líquido ruminal de aproximadamente 40 kg se coloca en un cedazo de tela plástica, sujetándolo en la parte superior para evitar la dispersión de los sólidos en el medio de cultivo. Esta fuente de biota se reproduce en el siguiente medio de cultivo.

Reproducción de microorganismos en un volumen de 200 litros, en recipiente de plástico con tapa y respiradero

Fuente de energía a través de carbohidratos: Melaza, 10 kg

Fuente de minerales, proteína, vitaminas, aminoácidos: Leche en polvo, 2 kg

Fuente de minerales, proteína, grasas, almidón: Atole de harina de arroz, 0.5 kg

Fuente de minerales, calcio, magnesio, silicio, hierro, zinc: Mineral primario Fosfosilidol, 5 kg

Fuente de azufre: Azufre elemental o agrícola, 0.002 kg

Fuente de quitina: Camarón seco, molido y cosido, 0.1 kg

Colonización en micro encapsulados; Diatomix® 0.5 kg

Agua para ajustar a 200 litros

Reposar y agitar por siete días, con regularidad, de preferencia una vez por día.

Para producir biomoléculas – lixiviado orgánico con actividad biológica de inducción de resistencia sistémica en el cultivo de maíz, se requiere que en su composición contenga una gran diversidad de substancias con radical carboxilo de diferente peso molecular, las cuales deben ser químicamente reducidas, capaces de donar energía, con un pH alcalino superior a 7.5, una conductividad eléctrica mayor a 12,000 ppm y potencial redox de -200 mV, con rH menor que 10.

Materia orgánica liquida (biomoléculas - lixiviado orgánico). Este producto es una herramienta para la disolución de 900 kg ha^-1 de minerales primarios del suelo (Si, O, Ca, Mg, K, N, etc.) por ciclo agrícola de la capa arable de 30 cm, activar el desarrollo y multiplicación y la diversidad de biota microbiana, promover la transformación de los esquilmos agrícolas hacia humus estable, se emplea como base para formar quelatos con cationes requeridos en la nutrición de la planta (nitrógeno, calcio, potasio, fosforo, potasio, magnesio, boro, cobre, zinc, hierro, etc.). También se emplea como base para la reproducción del consorcio microbiano (100 litros de consorcio microbiano se ponen en 900 litros de biomoléculas lixiviado orgánicas y se dejan reposar, por un tiempo de 48 a 76 horas), esta preparación esta rica en carboxilos, flavonoides, promotores del crecimiento vegetal, y promotores de la resistencia sistémica. De esta reproducción se aplican de 100-200 litros al suelo, durante el ciclo agrícola. Las aplicaciones se distribuyen aplicando 60 litros antes de la siembra y 120 litros distribuidos cada 20 días a través de riego. Se recomienda realizar análisis de las biomoléculas - lixiviado por la técnica EDS-XRF. Se recomienda que con regularidad de mida el pH, el potencial de óxido–reducción (ORP), y la conductividad eléctrica.

“Después de análisis se realizarán recomendaciones para regular la composición” de las biomoléculas - lixiviado orgánico.

Procedimiento de preparación e insumos de las biomoléculas – lixiviado,

a. Estiércol seco vacuno de tres a seis meses de edad (1 m³)

b. Activador mineral de ciclos biogeoquímicos (50 kg)

c. Ácido Acetilsalicílico y/o ácido salicílico (150 g)

d. Bomba sumergible (una bomba 1 HP)

e. Placa de concreto reforzado de 15 cm de altura y/o una película de plástico con calibre de 600- 1,000 micras de espesor (tipo geomembrana) de 3.0 m X 6.0 m, la pendiente debe ser del 3%

f. Tinaco de plástico tipo rotoplas de 5000 litros

g. Cedazo de plástico para remover y cribar los sólidos

Una superficie 2.5 m X 5.0 m, con una pendiente de 3%. En la parte baja se realiza una perforación en la cual se inserta el recipiente de plástico, donde se recuperaran las biomoléculas - lixiviados orgánico, antioxidante – vacuna, en la Figura 6 se muestra un procedimiento típico.

Se recomienda aplicar el ProRedox biomoléculas - lixiviado orgánico, antioxidante – vacuna en una dosis mínima de 60 litros por hectárea después de la cosecha y entre 100 y 60 días antes de la siembra.

Durante el ciclo de cultivo realizar aplicaciones periódicas después de la siembra. Una mayor efectividad del producto se logra con la aplicación de 0.5 kg de Diatomix® por cada 200 litros de ProRedox®.

Las semillas son tratadas para mejorar la germinación promoviendo la movilización de reservas de carbohidratos (almidón) del endospermo, los minerales y proteínas, que se localizan en el escutelo y/o aleurona, así también para protegerla de la acción de factores bióticos y abióticos.

En cada saco semilla se trata de la siguiente manera

Materiales

Las semillas se tratan de 24 horas a una semana antes de la siembra, o bien que estén secas después del tratamiento. Se agregan cada uno de los insumos de la siguiente manera, primero se aplica el agroquímico, seguido por el inoculo de biota microbiana y finalmente aplicar los minerales, se mezclan gentilmente y se dejan secar. Después del tratamiento las semillas están listas para la siembra.