El flujo de silicio en los cultivos agrícolas (Maíz)

El silicio se encuentra en la parte sólida de los suelos, como componente de una gran diversidad de minerales primarios (MP), creando concentraciones de 25 a 28% de silicio elemental o bien de 700 a 800 ton/ha en la capa arable de 25 cm. La liberación a la fracción soluble del suelo forma parte del proceso productivo de los cultivos, teniendo impactos en la certidumbre de cosecha y mejoras en el rendimiento, sanidad del cultivo y calidad de cosecha.

Maíz

Este proceso geoquímico, importante en la formación y productividad de los suelos, se inicia con la acción del agua de lluvia o de riego sobre los MP’s, aquí resulta vital el tiempo de contacto o residencia de la humedad con los MP’s, la temperatura mientras el agua reacciona sobre los MP’s y el bióxido de carbono soluble (CO₂acuoso) en el agua, suministrado por la concentración de ácido carbónico (H₂CO₃). La carbonatación del agua se logra por la disponibilidad de bióxido de carbono (CO₂gas). Este proveído por respiración de los microorganismos del suelo al descomponer la materia orgánica y por la respiración de la raíz y la concentración de CO₂gas de la atmósfera.

Adicionalmente se conoce que la diversidad y desarrollo de la flora microbiana benéfica del suelo, es estimulada por la presencia del silicio soluble, el ácido ortosilícico (H₄SiO₄). El H₄SiO₄ soluble forma complejos con los cationes que componen los minerales, promoviendo la movilización, distribución y asimilación por el área radicular de la cubierta vegetal. Estos son los inicios de la agricultura productiva, especialmente la orgánica. Este proceso inicial conocido como intemperización, debe ser incorporado como una práctica benéfica en el proceso productivo agrícola, siempre y cuando se mantengan niveles adecuados de MP’s en el suelo a través de su remineralización.

Este proceso de liberación de silicio como H₄SiO₄, de los MP’s, por muchos años ha sido intensivo en regiones de clima tropical con estaciones de abundante lluvia y alta temperatura, aunque también se observa en clima templado en regiones boscosas con lluvia abundante y alta densidad de cubierta vegetal, en ambos casos el proceso de liberación de silicio sin la remineralización induce una alta concentración de aluminio y la acidificación de los suelos y con ello una cubierta vegetal improductiva con alta incidencia de enfermedades y plagas de insectos.

Como un ejemplo de la participación de los MP’s ricos en silicio en el proceso productivo, se describen las demandas encontradas en el cultivo del maíz, tal como se muestran en la siguiente tabla 1.

TABLA 1. Niveles de silicio encontrados en la planta de maiz, cultivada en diferentes ambientes y regiones agricolas. El análisis de tejido foliar se realizo mediante la técnica de espectroscopia de energía dispersiva de rayos x, con la microsonda incax-sight modelo 7373, acoplada a microscopio electronico de barrido, jeol jsm 6480 lv, en el laboratorio del instituto tecnológico superior de uruapan. Los resultados de minerales que componen el tejido, se expresan en % de la muestra seca.

El flujo de silicio en los cultivos agrícolas (Maíz) - Image 2

Como se observa la mayor demanda se presenta en la hoja, con un nivel óptimo de 30.0 g silicio/kg de peso seco, seguida el tallo con 5.0 g/kg, el raquis u olote con 2.0 g/kg y la semilla con 0.3 g/kg. Los niveles óptimos están basados en el rendimiento de semilla superior a los 12 ton/ha, en plantaciones de alta densidad, riego y aplicación de fertilizantes.

En la siguiente figura y tabla 2, se muestran de manera ilustrativa alguno de los minerales primarios que forman parte del suelo agrícola, y que son la fuente de silicio para la nutrición del cultivo de maíz, observando que podemos encontrar una gran distribución en la concentración de silicio, así mismo de cationes, Calcio (Ca2+), Magnesio (Mg2+), etc. En la misma tabla se muestran minerales secundarios como la Calcita, Dolomita y Gibbsita, los cuales son el producto de minerales primarios después de que el silicio y cationes son removidos.

TABLA 2. Composición elemental de diferentes minerales que pueden ser encontrados en el suelo, dependiendo de su origen y grado de ersión. Los datos se expresan en % del peso seco del mineral. (pm = peso molecular).

El flujo de silicio en los cultivos agrícolas (Maíz) - Image 3

El silicio que se libera de los MP’s por la acción del agua y del CO₂gas, y forma en solución el ácido ortosilícico, el cual es un gran intercambiador y transportador de cationes, tanto en el suelo como en los tejidos de la planta. De manera ilustrativa se muestra esta interacción en la figura siguiente:

Las moléculas de ácido ortosilícico ahora en interacción con cationes (ortosilicatos), viajan en los tejidos distribuyendo minerales, para finalmente viajar, principalmente, con el agua de transpiración a la cutícula de las hojas. El ácido ortosilícico aquí forma estructuras sólidas y semisólidas, como son los fitolitos y tricomas respectivamente. Ello hace que se encuentre de 5 a 7% de silicio en la cutícula de la hoja del maíz. Los tricomas y fitolitos pueden contener del 25 al 30% de silicio como parte de su composición.

Los fitolitos tienen una forma de 8 con un tamaño de 10 a 15 μm (micras) de largo por y prácticamente lo mismo de ancho y un espesor de aproximadamente 1 μm. Presentan un arreglo de líneas a todo lo largo de la hoja, por lo que cuando se obtienen niveles óptimos de silicio cubren aproximadamente el 40% de la superficie del haz de la hoja. También los fitolitos cubren el envés de la hoja del maíz pero en una menor concentración y parecen estar relacionados con la densidad estomática. En las siguientes cuatro figuras, obtenidas en un microscopio electrónico de barrido, Jeol JSM 6480 LV, se muestran a los fitolitos presentes en el haz de la hoja de maíz.

Los tricomas en las hojas del maíz, pueden medir de 0.2 a más de 1.0 μm, su longitud y densidad aparentemente dependen de la concentración de silicio disponible en el suelo. Estos tricomas se postula tienen una actividad importante en la liberación de terpenos que la planta emplea para el control y combate de insectos. Por otro lado los tricomas se encuentran arreglados en líneas prácticamente perfectas, a todo lo largo y ancho de la hoja. Ellos se pueden observar visualmente a trasluz y entre mayor densidad y longitud de tricomas se relaciona empíricamente con mayor productividad, es importante destacar que las hojas nacen contando ya con fitolitos y tricomas. Ello tiene correlación con mejor germinación cuando en el entorno de la semilla está presente el silicio. En las siguientes figuras se muestran a los tricomas presentes en el haz de la hoja del maíz.

En la práctica en campo de cultivo de maíz, se han realizado aplicaciones de mineral primario amorfo rico en silicio (MPASi), observando una alta consistencia en la participación del silicio en la productividad del maíz, la mejor nutrición mineral, la sanidad de cultivo y cosecha. Resultados similares se han obtenido en la producción de frijol, chile, tomate, papa, aguacate, fresa, frambuesa, caña de azúcar, pastos, alfalfa. También se han aplicado MPASi en el cultivo hidropónico (tomate, chile, pepino), donde el silicio a permitido mejorar significativamente los beneficios del invernadero.