Silicio en las plantas

El Silicio como Fertilizante
Oscar Piedrahíta
Noviembre 2008
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza
terrestre y es también abundante en la mayoría de los suelos, es el
substrato mineral para la mayor parte de la vida de las planta del
mundo (Marschner, 1995; Epstein, 1994; Datnoff et al., 1997).
En las regiones tropicales, sin embargo, se genera un alto grado de
desgaste por la acción atmosférica que ha dado lugar al desarrollo
de suelos ricos en óxidos de hierro y de aluminio y bajos en bases y
silicio.
Los suelos contienen generalmente del 5% al 40% silicio (Kovda, 1973). La mayor parte
del Silicio en el suelo está como cuarzo (inerte) o como silicatos cristalinos (muy
lentamente solubles). Las sustancias activas de silicio en el suelo están representadas por el
soluble ácido monosilícico, los ácidos polisilícicos y los compuestos organosilicados
(Matichenkov y Ammosova, 1996). Estas formas son permutables entre sí y con otros
minerales y organismos vivos (los microorganismos y las plantas del suelo). El ácido
monosilícico es el centro de estas interacciones y transformaciones y es un producto de la
disolución de los minerales presentes como silicatos (Lindsay, 1979). El ácido monosilícico
es absorbido por las plantas y los microorganismos (Yoshida, 1975) por difusión y también
por la influencia de la absorción inducida por el proceso de transpiración( conocida como
flujo de masa) (Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979). El ácido polisilícico tiene un efecto
significativo sobre la textura del suelo, la capacidad de retención de agua, la capacidad de
la adsorción y la estabilidad frente a la erosión del suelo (Matichenkov y otros., 1995.
La solución del suelo contiene el silicio principalmente como ácido silícico, H4SiO4, en
concentraciones del orden de 0.1-0.6 mM, valores que son del mismo nivel de otros
nutrimentos vegetales importantes, como potasio y calcio y bien superior a los del fósforo.
(Namiki Mitani and Jian Feng Ma. Uptake system of silicon in different plant species Journal of Experimental
Botany, Vol. 56, No. 414, pp. 1255–1261, April 2005).
El silicio se absorbe fácilmente como ácido silícico, H4SiO4, de modo que las plantas
terrestres lo contienen en concentraciones apreciables, con concentraciones que van desde
una fracción de 1% de la materia seca a varios puntos por ciento y en algunas plantas hasta
10% o aún más alto. A pesar de esta prominencia del silicio como componente mineral de
las plantas, no se considera entre los elementos definidos como “esenciales,” para ninguna
planta terrestre mayor, excepto los miembros de la clase Equisitaceae. Ningún otro
elemento está presente en tan altas cantidades en las plantas de modo tan persistente, sin ser
considerado esencial. (The Anomaly of Silicon in Plant Biology, 1994. Epstein, Emanuel)
Aunque el silicio no se considera un elemento esencial; el desarrollo de las plantas, su
crecimiento y la producción se ha aumentado en las cosechas cuando es usado en muchas
especies gramíneas y algunas especies no gramíneas. También se sabe que el silicio reduce
algunas enfermedades de las plantas, especialmente en el arroz. En el banano se conoce
que aumenta la resistencia al ataque de la Sigatoka.
Existe una amplia evidencia de que cuando el silicio se encuentra fácilmente disponible a
las plantas, juega un papel importante en su crecimiento, en la nutrición mineral, la
resistencia mecánica y en la resistencia a las enfermedades producidas por hongos y a las
condiciones químicas adversas del medio. (The anomaly of silicon in plant biology. E Epstein.
Proceedings of the National Academy of Sciences of USA).
La acumulación de silicio en los brotes vegetales varía considerablemente entre las especies,
desde 0.1% hasta 10% en peso seco (Ma JF, Takahashi E. 2002. Soil, fertilizer, and plant Silicon research in
Japan. Amsterdam: Elsevier Science., 2002). Takahashi y otros hicieron un examen extenso de las
concentraciones de silicio de casi 500 especies de plantas desde Bryophyta hasta
Angiospermae, crecidas bajo condiciones de suelo similares (para el resumen, ver a Ma y
Takahashi, 2002). Los resultados demostraron que hay una distribución característica de la
acumulación del silicio en el reino vegetal. En plantas mayores, solamente las Gramineae y
Cyperacea muestran una alta acumulación del silicio. Plantas con acumulación intermedia
del silicio son Cucurbitales, Urticales y Commelinaceae, mientras que la mayoría de las
otras especies muestran una acumulación baja de silicio. La diferencia en la acumulación
del silicio se ha atribuido a la diferencia de la capacidad de las raíces de tomar el silicio
(Takahashi y otros, 1990).
Uptake system of silicon in different plant species. Namiki Mitani and Jian Feng Ma Journal of
Experimental Botany, Volume 56, Number 414, pp. 1255-1261
Silicio en el Suelo
(Silicon in the Life and Performance of Turfgrass. Lawrence E. Datnoff, Applied Turfgrass Science, 2005)
El silicio es el segundo elemento mineral más abundante en suelo después del oxígeno y
abarca aproximadamente 28% de la corteza de tierra. Las soluciones del suelo tienen
generalmente una concentración de silicio de 3 a 17 mg de silicio por el litro (Hull, R. J. 2004.
Scientists start to recognize silicon’s beneficial effects. Turfgrass Trends 8:69-73). Esto se considera
relativamente bajo; sin embargo, es más de 100 veces la concentracción del fósforo en las
soluciones del suelo.
A pesar de la abundancia de silicio en la mayoría de los suelos del mundo, una deficiencia
de silicio puede llegar a ocurrir debido a su agotamiento producido por cosechas
continuadas y con altas demandas de este elemento, tales como arroz (Elawad, S. H., and
Green, V. E. 1979). El arroz absorbe 230 a 470 kilogramos de silicio por hectárea y cultivos
intensivos dan como resultado el retiro del silicio de la solución del suelo en una rata mayor
que la de reposición natural, si no se procede a la fertilización con fuentes de más rápida
disponibilidad (Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979, Kang, Y. K. 1980).
La deficiencia del silicio ocurre más a menudo en suelos donde se presenta alta pluviocidad,
con bajos contenidos de bases y bajos pH tales como Oxisoles y Ultisoles que se utilizan
para cultivar el arroz en las altiplanicies en Asia, Africa y América latina. La precipitación
frecuente en las regiones donde ocurren estos dos tipos de suelos puede causar altos grados
de desgaste por la acción atmosférica de lixiviación y de desilification (Kang, Y. K. 1980).
Esta puede ser una de las causas no identificadas de una productividad más baja de arroz de
muchos suelos tropicales/subtropicales comparados con suelos templados. La aplicación de
silicio ha incrementado el rendimiento de la producción de arroz en este tipo de suelo.
(Yamauchi, M. y Winslow, M. D. (1989) Plant Soil 113, 265-269).
Los suelos orgánicos (Histosoles) son también deficientes en silicio asimilable a las plantas
debido al mayor contenido de materia orgánica (>80%) y el contenido relativamente bajo
de minerales. Los Entisoles que tiene un alto contenido de arena de cuarzo (SiO2) también
presentan bajos niveles de silicio asimilable (6).
La mayoría de las investigaciones sobre efectos del ácido monosilícico en las características
del suelo se refieren a su interacción con los fosfatos (Matichenkov y Ammosova, 1996). El
fertilizante de silicio aplicado al suelo inicia dos procesos. El primer proceso implica
aumentos en la concentración de ácidos monosilícicos que dan como resultado la
transformación de fosfatos levemente solubles en fosfatos asimilables (Lindsay, 1979;
Matichenkov, 1990). Las ecuaciones para estas reacciones son como sigue:
CaHPO4 + Si(OH)4 = CaSiO3 + H2O + H3PO4
2Al(H2PO4)3 + 2Si(OH)4 + 5H+ = Al2Si2O5 + 5H3PO4 + 5H2O
2FePO4 + Si(OH)4 + 2H+ = Fe2SiO4 + 2H3PO4
En segundo lugar, el fertilizante de silicio fija el P por adsorción, de tal modo
disminuyendo su lixiviación en 40- 90% (Matichenkov y otros., 2000). Es importante
anotar que el P fijado se conserva asimilable.
Los fertilizantes del silicio son generalmente levemente alcalinos (Lindsay, 1979). El silicio
soluble reduce la toxicidad del Al porque el ácido monosilícico reacciona con Al móvil y
produce aluminosilicatos poco solubles (Lumsdon y Farmer, 1995). Esto significa que las
enmiendas de silicio se pueden utilizar para mejorar las características químicas de suelos
ácidos. Numerosos experimentos de campo han demostrado que la fertilización con silicio
tiene más influencia en el crecimiento vegetal en suelos ácidos que abonando con cal
(Ayres, 1966; Fox y otros., 1967).
Matichenkov y Bocharniko, 2000 demostraron que el tratamiento del suelo con materiales
ricos en silicio aumenta la capacidad de absorción de agua y la capacidad de intercambio
catiónico de los suelos.
Silicio en Plantas
Muchas plantas pueden absorber el silicio. Las plantas absorben el silicio de la solución del
suelo bajo la forma de ácido monosilícico, H4SiO4, que es llevado por la corriente de la
transpiración y depositado en tejidos de las planta como gel de silicio amorfo, SiO2nH2O ,
también conocido como ópalo (Kang, Y. K. 1980). Dependiendo de la especie, el contenido
de silicio acumulado en la biomasa puede extenderse desde 0,1% al 10% por peso (Elawad,
S. H., and Green, V. E. 1979, Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979). Se considera que una
especie de planta es acumuladora de silicio cuando su concentración (en base a peso seco)
es >1% (13). Comparado a los monocotiledóneas, las dicotiledóneas tales como tomate y la
soja se consideran acumuladores pobres del silicio con valores menores a 0.1% de silicio en
su biomasa. Las hierbas terrestres tales como trigo, avena, centeno, cebada, sorgo, maíz,
caña de azúcar y turfgrass contienen cerca del 1% de silicio en su biomasa, mientras que las
hierbas acuáticas tienen contenido de silicio hasta del 5% (Elawad, S. H., and Green, V. E.
1979, Epstein, E. 1999, Hemmi, T., Abe, T., and Inoue, Y. 1941 , International Rice Research
Institute (IRRI) 1993). El silicio se presenta en niveles iguales a los alimentos esenciales
mayores tales como nitrógeno y potasio en las especie de plantas que pertenecen a las
familias Poaceae, Equisetaceae, y Cyperaceae (Kang, Y. K. 1980). Aunque el silicio no se
ha considerado un elemento esencial para las plantas cultivadas para la carencia de datos de
apoyo, la especie Equisetum y algunas diatomaceaes no pueden sobrevivir sin un nivel
adecuado de silicio en su ambiente (Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979,Epstein, E. 1999).
Actualmente, 21 familias de plantas se han identificado como acumuladores de silicio
(International Rice Research Institute (IRRI). 1965. Annual report 1964).
En arroz, por ejemplo (Datnoff, L. E., and Rodrigues, F. A. 2005. The role of silicon in suppressing rice
diseases. Online. February APSnet Feature. American Phytopathological Society, St. Paul, MN.), la
acumulación del silicio es cerca de 108% mayor que la del nitrógeno. Se estima que una
cosecha del arroz con una producción total del grano de 5000 kg/ha retirará 230 a 470 kg/ha
de silicio del suelo (Savant, N. K., Snyder, G. H., and Datnoff, L. E. 1997. Silicon management and
sustainable rice production. Pages 151-199 in: Advances in Agronomy, vol. 58. D. L. Sparks ed. Academic
Press, San Diego, CA.). Por lo tanto, si se usa silicato de magnesio como fuente del silicio,
unos 4000 kg/ha (680 kg/ha de silicio) parecen ser suficientes para proveer el silicio a la
planta de modo que el contenido del tejido fino sea de 3% o mayor (Snyder, G. H., Jones, D. B.,
and Gascho, G. J. 1986. Silicon fertilization of rice on Everglades Histosols. Soil Sci. Soc. Am. J. 50: 12591263). Concentraciones entre 3 y el 5% parecen ser los niveles mínimos del tejido foliar
requeridos para el control de enfermedades (Datnoff, L. E., Deren, C. W., and Snyder, G. H. 1997.
Silicon fertilization for disease management of rice in Florida. Crop Prot. 16:525-531.).
Otras extracciones son: Patatas extraen de 50 a 70 kilogramos de silicio por hectárea. Los
cereales extraen de 100 a 500 kilogramos de silicio / ha (Bazilevich, N.I., L.E. Rodin, and N.N
Rozov. 1975. The biological productivity and cycle of chemical elements in plant associations. In: Bazilevich
N.I. (Ed) Biosphere Resource, ser.1.,Leningrad, pp.5-33).
La caña de azúcar extrae más silicio que otras plantas. Se estima que la caña de azúcar
extrae de 500 a 700 kilogramos de silicio por hectárea. Este valor es alto si se compara con
40 a 80 kilogramos P / ha, 100 a 300 kilogramos K / ha y 50 a 500 kilogramos de N / ha
(Anderson, D.L.. 1991. Soil and leaf nutrient interactions following application of calcium
silicate slag to sugarcane. Fertilizer Research 30:9-18.)(Yamauchi, M. & Winslow, M. D.(1989)
Plant Soil 113, 265-269).
La fertilización con silicio es normal en muchos países asiáticos, especialmente en Japón,
China y el Sudeste, donde se aplica como fosfato de magnesio fundido, que es un producto
de la reacción de roca fosfórica con silicatos de magnesio a alta temperatura. En América
su uso es más reducido, aunque se ha convertido en una práctica rutinaria en la producción
del arroz de la Florida, USA y empieza a serlo en Colombia. Brasil también produce
fosfato de magnesio fundido.(Silicon fertilization for disease management of rice in Florida. L. E.
Datnoff, C. W. Deren and G. H. Snyder, Crop Protection, Volume 16, Issue 6, September 1997, Pages 525531)
Efectos benéficos del silicio en las plantas sometidas a tensión abiótica o
biótica
Se han divulgado efectos benéficos del silicio en las plantas sometidas a tensión abiótica o
biótica en una variedad amplia de cosechas tales como arroz (Oryza sativa), avena (avena
sativa), cebada (Hordeum vulgare), trigo (triticum aestivum), pepino (Cucumis sativus), caña
de azúcar (Saccharum officinarum), ornamentales (tales como margarita, Banksia gardneri) y
turfgrass (tales como St. Augustinegrass, Stenotaphrum secundatum) (10.Elawad, S. H., and
Green, V. E. 1979.Epstein, E. 1999). Así:
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Las hojas, los vástagos y las cañas de las plantas crecidas en presencia del silicio
muestran un crecimiento erguido, especialmente en el arroz. Esto sugiere que la
distribución de la luz dentro del pabellón es mejorada (Elawad, S. H., and Green, V. E.
1979,Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979,Kang, Y. K. 1980).
El silicio aumenta resistencia del arroz a la sequía.
El silicio incrementa la acumulación de materia seca en el pepino y el arroz
(Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979; Horiguchi, T. 1988).
El silicio puede afectar positivamente la actividad de algunas enzimas implicadas
en la fotosíntesis en arroz y los pastos(Kang, Y. K. 1980,34)
Reduce la senectud de la hoja del arroz (Hodson, M. J., and Sangster, A. G. 2002).
El silicio puede disminuir la pérdida de electrólitos de las hojas del arroz,
promoviendo mayor actividad fotosintética en las plantas crecidas bajo déficit de
agua o tensión de calor (Agarie, S., Agata, W., and Kaufman, P. B. 1998).
El silicio disminuye las lesiones causadas por la tensión del clima tal como
tifones y heladas de verano en arroz; alivia los daños de las heladas en caña de
azúcar y otras plantas y favorece la resistencia de las hojas de palma a
sobreenfriamientos (Friesen, D. K. et.al. 1994, Kang, Y. K. 1980).
El silicio reduce la disponibilidad de elementos tóxicos tales como manganeso
(Mn), hierro (Fe) y aluminio (Al) a las raíces de plantas tales como arroz y caña
de azúcar
Aumenta la resistencia del arroz y de la cebada a la tensión provocada por la
salinidad (Inanaga, S., Okasaka, A., and Tanaka, S. 1995, Kang, Y. K. 1980).
Por otra parte, el efecto más significativo del silicio en las plantas, además de
mejorar su resistencia mecánica y de aumentar la productividad de las plantas,
es la supresión de la alimentación de los insectos y el aumento de la resistencia a
las enfermedades de planta (Alvarez, J., and Datnoff, L. E. 2001, Datnoff, L. E., and Snyder,
G. H. 1994, . Datnoff, L. E. et al. 1991, Kang, Y. K. 1980).
Datnoff y Rutherford (Datnoff, L. E., and Rutherford, B. A. 2004) evaluaron la capacidad del
silicio de realzar la resistencia de ‘Tifway’ bermudagrass a la enfermedad Bipolaris
cynodontis, la causa de mancha de las hojas. Encontraron que las plantas fertilizadas con el
silicio tenían 39% menos lesiones que las plantas no fertilizadas (Fig. 2). Este fue también
el primer experimento para demostrar que los bermudagrass acumulan el silicio. El silicio
aumentó en los tejidos de la hoja entre 38% y 105% sobre los valores del control.
El silicio también alivia los efectos de otras tensiones abióticas incluyendo la tensión a la
salinidad, la toxicidad por metales, la tensión por sequía, daños producidos por la radiación,
el desequilibrio de nutrientes, altas o muy bajas temperaturas, tolerancia y resistencia al
desgaste (Epstein, 1999; Ma y Tahakashi, 2002; Ma, 2004). Estos efectos beneficiosos se
expresan sobre todo con la deposición del silicio en las hojas, los vástagos, y los cascos
(hulls), aunque otros mecanismos también se han propuesto (Ma, 2004).
Un ejemplo de la resistencia generada frente a tensiones abióticas es el resultado de
M. Bradbury and R. Ahmad con respecto a la resistencia desarrollada frente a niveles altos
de salinidad. (The effect of silicon on the growth of Prosopis juliflora growing in saline soil. Plant and Soil,
Volume 125, Number 1 / June, 1990, Pages 71-74). Ellos encontraron una disminución del peso
seco de planta entera cuando Prosopis juliflora (Swartz) fue tratada con agua de irrigación
salina por 24 días que fue aliviada parcialmente por la adición de 0.47 mM SiO2 al agua de
irrigación. Las plantas tratadas con alta salinidad y SiO2 mostraron una mayor distribución
del material seco a las hojas a expensas de los vástagos y de las raíces comparado con las
plantas de control. El uso de SiO2 puede ser beneficioso en áreas de altas salinidades del
suelo. Otro ejemplo de la resistencia generada frente a tensiones abióticas es el resultado
de Williams y Vlamis en 1957 (Williams, D. E. y Vlamis, J. (1957) Plant Physiol. 32, 404-409.) con
respecto a la resistencia desarrollada frente a la fitotoxicidad producida por niveles altos de
metales. Encontraron que una concentración de manganeso en el tejido de 300-400 ppm en
la hoja de cebada, sobre una base del peso seco, era tóxica cuando no se había agregado
ningún silicio a la solución nutriente, pero resultó inofensivo cuando la solución tuvo silicio
en una concentración de 0.36 mM. La adición del silicio a la solución no disminuyó el
contenido del manganeso de las hojas. El manganeso, en ausencia del silicio, se concentró
en puntos necróticos, mientras que en presencia del silicio, la distribución del manganeso
fue más uniforme y no aparecieron puntos necróticos. Otras Gramineae han presentado
respuestas similares (Vlamis, J. & Williams, D. E. (1967) Plant Soil 27, 131-140).
El silicio también ayuda a las plantas a superar múltiples tensiones bióticas (enfermedades
en las plantas y ataque por insectos). (Ma JF. 2004. Role of silicon in enhancing the resistance of
plants to biotic and abiotic stresses. Soil Science and Plant Nutrition 50, 11–18). El silicio desempeña un
papel importante en el aumento de la resistencia de plantas a los patógenos tales como
ráfaga (blast) en el arroz (Datnoff y otros., 1997) y el moho polvoriento (powdery mildew)
en el pepino (Miyake y Takahashi, 1982a, b). El silicio es eficaz en la prevención de
lodging en arroz aumentando el grosor de la pared de la caña (culm wall) y el tamaño de los
paquetes (bundles) vasculares (Shimoyama, 1958), realzando la resistencia de los vástagos.
Mecanismos de resistencia a las enfermedades
Se considera que el efecto del silicio en el aumento de la resistencia de las plantas a las
enfermedades es debido o una acumulación del silicio absorbido en el tejido epidérmico y
al incremento de las respuestas de defensa del huésped a las patogenesis inducidas. El
ácido monosilícico acumulado se polimeriza en el ácido polisilícico y después se
transforma en silice amorfa, que forma una membrana más gruesa y resistente de SilicioCelulosa (Hodson, M.J., and Sangster, A. G. 1988. Silica deposition in the influence bracts of wheat
(Triticum aestivum). 1 Scanning electron microscopy and light microscopy. Can. J. Botany 66:829-837). Por
este medio, una capa cuticular doble protege y consolida mecánicamente las plantas. El
silicio también puede formar complejos con los compuestos orgánicos en las membranas
celulares de células epidérmicas, aumentando así su resistencia a la degradación producida
por las enzimas liberadas por los hongos (Datnoff, L. E., and Rodrigues, F. A. 2005. The role of
silicon in suppressing rice diseases. Online. February APSnet Feature. American Phytopathological Society,
St. Paul, MN.).
La incorporación del silicio en las membranas celulares tiene por lo menos dos efectos
positivos energéticamente (E. Epstein, 1994). Primero, el papel del Si es análogo al de la
lignina en la medida de que es un componente estructural resistente a la compresión de las
membranas celulares. Raven (14) ha calculado que sobre una base de unidad de peso, el
costo energético de incorporar Si es solamente 3.7% del requerido por la. Para la
incorporación de la silica compado con la del carbohidrato de la membrana celular, el valor
correspondiente es 6.7%. La silice es así un componente estructural energéticamente barato
de membranas celulares. En segundo lugar, el hábito erguido y la disposición de las hojas
de las plantas que disponen de un suministro amplio de Si, permiten una mayor
interceptación de la luz y, por lo tanto, mejoran la fotosíntesis
Algunas investigaciones también señalan que el papel del silicio en las planta es activo y
sugieren que el elemento puede amplificar la respuesta para inducir reacciones de defensa
a las enfermedades en las plantas. Se ha demostrado que el silicio estimula la activación
rápida de peroxidasas y de polifenoxidasas después de una infección fungicida (Bélanger, R.
R., Bowen, P. A., Ehret, D. L., y Menzies, J. G. 1995. Soluble silicon: Its role in crop and disease
management of greenhouse crops. Planta Dis. 79: 329 - 336.). ). Compuestos antihongos
(phenolics, flavonoids and momilactone phytoalexins) parecen desempeñar un papel activo en la
supresión de las enfermedades de las plantas y son producidas por aquéllas que fueron
fertilizadas con Silicio e inoculadas con patógenos. (Fawe, A., Abou-Zaid, M., Menzies, J. M., and
Bélanger, R. R. 1998. Silicon-mediated accumulation of flavonoid phytoalexins in cucumber. Phytopathology
88:396-401; Rodrigues, F., McNally, D., Datnoff, L., Jones, J., Labbé, C., Benhamou, N. Menzies, J.,
Bélanger, R. 2004. Silicon enhances the accumulation of diterpenoid phytoalexins in rice: a potential
mechanism for blast resistance. Phytopathology 94:177-183).
Perspectiva y futuro del silicio
Que el silicio desempeña un papel importante en la nutrición mineral de algunas
especies vegetales, tales como arroz y caña de azúcar, no está en duda. Tampoco su
capacidad de realzar el desarrollo de las plantas y de controlar eficientemente algunas
enfermedades. Ahora evidencia está siendo acumulada para encontrar efectos similares en
otras especies.
Se requieren estudios de investigación sobre:
 Las fuentes disponibles de silicio y su calidad comparativa,
 los medios más eficaces y prácticos de su uso,
 calibración de métodos de análisis químico para determinar disponibilidad de
silicio en el suelo y en los tejidos,
 condiciones bajo los cuales la fertilización del silicio es beneficiosa.
De hecho, los procedimientos estándar actuales de digestión de tejido usados en la
mayoría de los laboratorios hacen el silicio insoluble, por tanto debe desarrollarse una
nueva metodología. Así, las dos herramientas analíticas de más frecuente uso para
determinar la necesidad de la fertilización (análisis de suelo y tejido) no están extensamente
disponibles para el silicio.
Mientras que un número de respuestas beneficiosas a los usos del silicio se han
documentado en experimentos controlados, particularmente en el laboratorio, pocos efectos
de campo se han estudiado hasta la fecha. Las condiciones bajo las cuales las respuestas
beneficiosas a la fertilización del siliciio ocurren no han sido establecidas para la mayoría
de las especies.
Sin embargo, a medida que aumenta la necesidad de estrategias ambientalmente amistosas
para el manejo de las tensiones abióticas y bióticas, el silicio podría proporcionar una
herramienta valiosa para el uso en plantas capaces de su acumulación. El uso del silicio
para mejorar el funcionamiento de las plantas mientras que ayudan a controlar las
enfermedades promueve su inclusión en estrategias integradas de manejo de algunas plagas
y permite reducciones en el uso de fungicidas.
Estudio de aplicación de silicato a arroz en Colombia
F.J. Correa-Victoria, L.E. Datnoff, K. Okada, D.K. Friesen, J.I. Sanz and G.H.
Snyder. Effects of silicon fertilization on disease development and yields of rice in Colombia. Studies
in Plant Science. Volume 8, 2001, Pages 313-322 . Silicon in Agriculture
Los Oxisols de Colombia son suelos caracterizados por deficiencia de silicio. Puesto que la
producción de arroz se está ampliando en esta región, experimentos de campo fueron
conducidos por Correa-Victoria et.al. durante dos años en tres suelos representativos para
determinar el grado al cual la deficiencia del silicio puede limitar las producciones de arroz
y favorecer la aparición de enfermedades. Los experimentos fueron diseñados como
factoriales completos e incluyeron diversos niveles de silicio, de fósforo (p) y de cultivares.
Las fuentes del silicio probadas incluyeron el metasilicato y la escoria de calcio. Cal fue
aplicada para igualar los suministros de calcio a través de los tratamientos.
El silicio redujo perceptiblemente todas las enfermedades observadas del arroz. La
severidad de la ráfaga de la hoja (Leaf blast) y la incidencia de la ráfaga del cuello (neck
blast) fueron reducidas desde 26% y 53% en lotes no-enmendados hasta el 15% en lotes
tratados con Silicio. La severidad de hoja escalda (Leaf scald) fue reducida desde 42% hasta
el 6% en lotes tratados con Si, mientras que la descoloración del grano fue reducida desde
4.2 a 1.0 en lotes tratados Silicio. La producción de arroz se icrementó en cerca del 40% en
los tres suelos. Un efecto residual también fue observado tanto en la reducción del
desarrollo de la enfermedad como en el aumento de la producción. Enmendando estos
suelos con el silicio, un método muy eficaz y potencialmente sostenible para la producción
de arroz de altiplanicie y el manejo integral de las enfermedades del arroz aparece
disponible.
Estos resultados sugieren que el silicio se podría emplear en los sistemas de manejo
integrado de enfermedades, para reducir el uso de fungicidas y realzar la resistencia de la
planta de arroz. (Chapter 10 The use of silicon for integrated disease management: reducing fungicide
applications and enhancing host plant resistance. Lawrence E. Datnoff, Kenneth W. Seebold and Fernando J.
Correa-V)
CAÑA DE AZUCAR
SILICON AS A BENEFICIAL
ELEMENT FOR SUGARCANE. V.V. Matichenkov and D.V. Calvert
Journal American Society of Sugarcane Technologists, Vol. 22, 2002.
Varios de estudios del campo y de invernadero han demostrado que el silicio (silicio) es un
elemento beneficioso para la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.). Hasta el momento,
el conocimiento de los efectos directos de los fertilizantes del silicio en la caña de azúcar no
ha avanzado tan rápidamente como los del arroz. Sin embargo, las prácticas de manejo
eficaces utilizan la fertilización con silicio en suelos deficientes en silicio asimilable. La
concentración del silicio en plantas cultivadas se extiende desde 0.3% hasta el 8.4%. La
concentración del silicio en hojas de la caña de azúcar varía generalmente desde 0.1% a
3.2%. Así unos 70-800 kilogramos / ha de silicio se extraen con la cosecha de la caña de
azúcar de suelos anualmente. Es interesante anotar que la extracción de silicio en la cosecha
de caña de azúcar excede las de los macronutrientes N, P y K. Se ha encontrado que una
producción más alta de la caña de azúcar está asociada a una concentración más alta del
silicio en las hojas.
Experimentos de campo y de invernadero realizados en los E.E.U.U. (la Florida y Hawaii) e
Isla Mauricio demostraron que el uso de los fertilizantes del silicio tenía un efecto positivo
en la resistencia a enfermedades, parásitos y a bajas temperaturas de la caña de azúcar. Se
demostró que la productividad de la caña de azúcar aumentó de 17 a 30%, mientras que la
producción de azúcar se incrementó de 23 a 58% con el aumento de la fertilización del
silicio. Una de las funciones más importantes del silicio fue el estímulo de las capacidades
de la defensa de la planta contra tensiones abióticas y bióticas. Los datos de la literatura
demostraron que la mejora en la nutrición de la caña de azúcar causada por la fertilización
con silicio refuerza la resistencia de la protección de planta contra (leaf freckle, sugarcane
rust, and sugarcane ringspot) la peca de la hoja, el moho de la caña de azúcar y el ringspot
de la caña de azúcar. Además, la fertilización del silicio tiene un efecto más positivo sobre
las características químicas y físicas del suelo que el abonado con cal.
sugarcane rust
leaf freckle
sugarcane ringspot
leaf disorder
stalk and stem borers
Dean and Todd, 1979
Fox et al., 1967
Raid et al.,1991
Clements, 1965
Edward et al., 1985; Meyer and Keeping,
1999
Conclusión
Es esencial el silicio?
Emanuel Epstein. Review. The
91, pp. 11-17, January 1994
Anomaly of Silicon in Plant Biology. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol.
El silicio no se enumera generalmente entre los elementos esenciales para las plantas o
nutrimentos (Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979, 17-20), a pesar de que se encuentra presente en
ellas a un nivel entre los oligoelementos y los elementos mayores.
Los fisiólogos vegetales consideran que un elemento es esencial por dos criterios.
El primer y clásico criterio fue establecido por Arnon and Stout ( Arnon, D. I. & Stout, P. R.
(1939) Plant Physiol. 14, 371-375) “Un elemento es esencial si su deficiencia hace imposible
para la planta terminar su ciclo vital. Esto es, el elemento debe estar implicado
directamente en la nutrición inorgánica de la planta”.
Un segundo criterio de la esencialidad (Elawad, S. H., and Green, V. E. 1979) es que el
elemento haga parte de una molécula de un componente o de un metabolito esencial para la
planta, tal como el magnesio en la clorofila.
En varias publicaciones Miyake y Takahashi han concluido, en base a las respuestas de
plantas crecidas en soluciones nutrientes, con y sin la adición del silicio, que la omisión del
elemento causa síntomas de deficiencia en el tomate (1978) y pepino, Cucumis sativus
(1983) y efectos nocivos marcados también sobre el crecimiento de la soja, de Glycine max
(1985) y de la fresa, Fragaria x ananassa (1986). Estos y otros resultados similares han
conducido a una implicación del silicio como elemento esencial para las plantas (1990).
Miyaki, Y. & Takahashi, E. (1978) Soil Sci. Plant Nutr. 24, 175-189.
Miyaki, Y. & Takahashi, E. (1983) Soil Sci. Plant Nutr. 29, 71-83.
Miyaki, Y. & Takahashi, E. (1985) Soil Sci. Plant Nutr. 31, 625-636.
Miyaki, Y. & Takahashi, E. (1986) Soil Sci. Plant Nutr. 32, 321-326.
Takahashi, E., Ma, J. F. & Miyaki, Y. (1990) Comments Agric. Food Chem. 2, 99-122.
Sin embargo, estas observaciones de Miyake y de Takahashi corresponden a un caso de un
elemento, silicio en este caso, que corrige una condición química desfavorable en el medio,
y ésa, según la definición clásica para la esencialidad establecida por Arnon and Stout
(Arnon, D. I. & Stout, P. R. (1939) Plant Physiol. 14, 371-375), no califica el elemento para el estado
“esencial”.
Debido a esto y a otras evidencias, las demandas para la esencialidad general del silicio
para plantas mayores no pueden ser apoyadas actualmente. A pesar de esto, no existe ya
duda en el resultado positivo en cuanto a productividad y resistencia a tensiones bióticas y
abióticas logrado por su aplicación a los cultivos, especialmente arroz, caña, cebada,
hortalizas entre otros.
Solo ahora se está comenzando a comprender el papel del silicio en la salud y resistencia a
enfermedades de las plantas. A medida que se conozca más sobre la importancia del silicio
en la fisiología de las plantas, se podrán encontrar formas de utilizar este importante
elemento.
Silicato de
Magnesio:
Serpentinita
Típico
MgO
SiO2
Si
Mg3Si2O5(OH)4
TORNADO
%
36,0%
35,8%
16,7%
82,5%