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Formación de Complejos Alumino-Silicatos con Carbonato de Calcio y Dióxido de Silicio para mitigar la Toxicidad del Aluminio en el Cultivo de Maíz

Autores: Ricardo Rivas Rodas* y Guadalupe Rivas Cancino

En la actualidad hemos conocido y se ha venido documentando la toxicidad del Aluminio en plantas y la solución de suelo. El Aluminio soluble es considerado ser uno de los más serios efectos potencialmente negativos en suelos ácidos. La toxicidad por Aluminio es la limitante más importante en cuanto al crecimiento y desarrollo del cultivo en suelos ácidos, el cual afecta negativamente la producción agrícola, particularmente en gramíneas.

El ion Aluminio reduce significativamente la producción de biomasa e interfiere directamente en la reducción del crecimiento de las raíces (Goodwin y Sutter 2009), además afecta la absorción, transporte y asimilación de nutrientes esenciales (Ca, Mg y K) (Mimmo et al. 2009), así también incrementa la sensibilidad de la planta a factores abióticos (estrés por sequia).

Altas concentraciones de Silicio en los tejidos de crecimiento ayudan a las plantas a superar estreses por factores bióticos y abióticos. Sin embargo, en las plantas varia su habilidad para la absorción de Si del suelo y su transporte hacia el xilema, además de la acumulación de silicio varia ampliamente en diferentes especies de plantas.

El Silicio neutraliza la toxicidad por el aluminio en suelos ácidos, mucho mejor que el encalado, no obstante, se observó en suelos con pH ácido que aplicaciones de carbonato de calcio precedentemente a aplicaciones con Silicio, influye positivamente en las funciones de silicio.

En la mayoría de los suelos ácidos la alta concentración de Iones de H+ en la solución no es significativa, sin embargo, son las altas concentraciones de Al3+ las que son toxicas para planta, manifestándose en el sistema radicular tal como se mencionó anteriormente.

Se cree que el Al3+ en células vegetales puede interferir con el metabolismo del fosfato mediante la formación de complejos estables de Al fosfato. (Matsumoto y Morimura, 1980) señalan que el Al es adsorbido a la doble hélice del DNA inhibiendo la separación de las hebras, posteriormente (Siegel y Haugh, 1983) el Al3+ se une con la calmodulina existiendo una posibilidad de interferir con varios procesos enzimáticos, ocurriendo además que la membrana plasmática se ve también afectada por las varias concentraciones de Al3+ (Hecht Buchhloz y Foy (1981) por su efecto perjudicial sobre la absorción de iones, principalmente con el Mg2+.

Recordemos que la toxicidad de Al3+ frecuentemente viene acompañada de altos niveles de Fe y Mn, y bajas concentraciones de Ca y Mg en los tejidos de las plantas debido a las condiciones acidadas del suelo concediendo por ello su alta disponibilidad, respecto a bajas concentraciones es derivado por su lixiviación.

La tolerancia al Aluminio podría producirse por ácidos orgánicos y polifenoles que detoxifican el Al3+ por quelación.

En el presente trabajo de investigación fue establecido en parcela de Maíz (Zea Mays L.) en Juchitlán, Jalisco, donde se utilizó diseño experimental completamente aleatorio en cultivo en cielo abierto.

Cuatro tratamientos fueron aplicados, los cuales se describen a continuación (cabe mencionar el uso de carbonato de calcio como enmienda del suelo).

Tratamientos

Carbonato de calcio en diferentes concentraciones en combinación con Óxido de Silicio 2kg Ha-¹.

CaCO3 10Lt Ha-1 + SiO2 Kg Ha-1
CaCO3 15Lt Ha-1 + SiO2 Kg Ha-1
CaCO3 20Lt Ha-1 + SiO2 Kg Ha-1
CaCO3 25Lt Ha-1 + SiO2 Kg Ha-1
Tratamiento control.

Los tratamientos anteriores fueron aplicados para evaluar el efecto de Óxido de silicio para la formación de complejos con aluminio en la solución del suelo.

El objetivo principal de este estudio fue la evaluación del crecimiento de raíz e incremento del área foliar, factores indicadores en la corrección de la toxicidad de Aluminio en el cultivo.

El calendario de aplicación de tratamientos comenzó a los 5 días de germinación de la semilla y continuo cada 5 días hasta llegar al día 100. La aplicación final fue hasta el día 140.

Cuadro 1: Calendario de aplicación de los tratamientos
Tratamiento	Carbonato de Calcio CaCO₃en combinación de oxido de Silicio SiO₂				Control
Tratamiento	10 Litros/ 2kg	15 Litros/ 2kg	20 Litros/ 2 kg	25 Litros/ 2kg	Control
Días después de Germinación	pH	pH	pH	pH	pH
5	4.2	4	4.1	4	4
10	4.2	4.2	4.3	4.3	4
15	4.4	4.3	4.3	4.3	4.1
20	4.4	4.4	4.5	4.5	4.1
25	4.5	4.4	4.6	4.6	4
30	4.5	4.5	4.6	4.9	4
35	4.6	4.5	4.7	4.9	4
40	4.7	4.6	5	5.1	4.1
45	4.7	4.8	5.2	5.5	4
50	4.8	4.8	5.3	5.6	4
60	4.9	5	5.3	5.5	4
65	5	5.2	5.3	5.7	4
70	5	5.2	5.2	5.7	4
75	5.1	5.4	5.4	5.6	4
80	5.1	5.5	5.7	5.7	4.1
85	5.2	5.6	5.7	5.8	4
90	5.2	5.6	5.8	5.8	4
95	5.3	5.5	5.8	5.8	4
100	5.3	5.6	5.8	5.8	4
140	5.7	5.7	5.9	6	4

Resultados

Se tiene registro del incremento gradual de nivel de pH de la solución del suelo (Cuadro 1), no se observaron cambios significativos en los niveles de pH en el suelo en el tratamiento E.

- Tratamiento C. (CaCO3 15lt Ha-1 + SiO2 kg Ha-1.). A partir del día 60 hasta el día 140 después de germinación presentó una mayor elongación de raíz, y crecimiento de biomasa, en consecuencia, un incremento en el rendimiento del cultivo.

-Tratamiento A, B. no mostraron diferencias estadísticas significativas entre tratamientos.

-Tratamiento E (Control). Presento una reducción de crecimiento de raíz, el cual es un síntoma visible bajo condiciones de toxicidad por Aluminio. (Observar imagen a continuación).

Bajo las descritas condiciones experimentales utilizadas en esta investigación, aluminio decrece la elongación del crecimiento radicular, además de acuerdo con la respuesta de la planta, bajo tratamiento E, la raíz se observó “chaparra” y frágil además de raicillas laterales se mostraron delgadas, tornándose ligeramente marrones.

Tratamiento C, a partir de 60 hasta 140 dag (días después de germinación) presento un incremento en elongación y mayor crecimiento en la biomasa del cultivo.

La acumulación de Al en las raíces puede causar inhibición en su crecimiento, afectando directa o indirectamente el metabolismo y productividad del cultivo. En adición, la deposición de Si en la planta.

El Silicio neutraliza la toxicidad causada por el aluminio en suelos ácidos, aún mejor que el encalado. Existen cinco posibles mecanismos para la reducción de la toxicidad del aluminio por compuestos ricos en Silicio: la formación de ácidos silícicos, orto y meta, coloides, polímeros de silicio y complejos aluminiosilicatos. El empleo de materiales ricos en silicio para la reducción de la toxicidad del Aluminio y optimización del pH, mejora también la nutrición con fósforo, hierro, potasio y zinc, ya que el Silicio activa el intercambio catiónico y la movilización de nutrientes.

Figura 1. Diferencias entre tratamiento C y Control. En presencia de Aluminio decrece la elongación de la raíz. El tratamiento C mostró un mayor crecimiento radicular.

Fuente: Rivas, R.

El uso de Carbonato de calcio como enmienda en suelos ácidos en combinación con Óxido de silicio mostro una fuerte respuesta al incremento radicular y crecimiento de biomasa, lo cual incrementa el rendimiento del cultivo.

Conclusión

En resumen, un aumento en la concentración de Ácido silícico en la solución del suelo conduce la formación de complejos con metales pesados en la solución del suelo y en competencia con otros iones en los sitios de adsorción. El Silicio mostró una gran influencia en el crecimiento radicular, así como evita el acame del tallo además de mitigar los efectos negativos de stress tanto biótico como abiótico.

Cita correcta de este artículo

Rivas, R. R. y Rivas, C. G. 2024. Formación de Complejos Al/Si debido a la Mezcla de CaCO3 y SiO2 para la Corrección de la Toxicidad de AI3+ en Cultivo de Maíz (Zea Mays L.). Serie Nutrición Vegetal. N. 159. Artículos técnicos de INTAGRI. México. 5p.

Literatura consultada

Adrees M., Ali S., Rizwan M., Zia-Ur-Rehman M., Ibrahim M., Abbas F., et al. (2015). Mechanisms of silicon-mediated alleviation of heavy metal toxicity in plants.
BJ Alloway. Heavy metals in soils. Blackie Glosgow 1995.
Baylis AD, Gragopoulou C, Davidson KJ et al (1994) Effects of silicon on the toxicity of aluminum to soybean. Commun Soil Sci Plant Anal 25:537–546 p.
HB Bradi: A Hubbard (Ed). Encyclopedia of Surface and Colloid Science. Dekker, NYC, 2002, 373 p.
Feng J., Sasaki M., Matsumoto H., Al induced inhibition of root elongation in corn Zea Mays L., is overcome by Si addition. Journal of Plant and Soil. Japan 1997. Vol 188, Issue 2, Pp. 171 – 176 p.
GESSA, C. et al. Effect of aluminium and pH on the mobility of phosphate through a soil–root interface model. Plant and Soil, v.272, p.301-311, 2005.
Goodwin SB, Sutter TR. Microarray analysis of Arabidopsis genome response to aluminum stress. Biologia Plantarum. 2009; 53:85–99 p.
Guntzen, Keller, Meunier. Benefits of plant silicon for crops: A review. Agronomy for sustainable development. France. Springe Verlay/ EDP Sciences/ INRA, 2012, 32 (1). 201 – 213 p.
Gupta N., Khan D.K. and Santra S.C. (2008). An assessment of heavy metal contamination in vegetables grown in wastewater-irrigated areas of Titagarh, West Bengal, India. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 80, 115-118 p.

* El presente trabajo de investigación es una extracción de manuscrito publicado en The Journal of Biotechnology BAOJ BioAccent. By: Ricardo Rivas Rodas, PhD. Contacto: 3310104001, rica_rivas@hotmail.com