Del Nitrógeno al Silicio: un cambio de paradigma en la agricultura del siglo XXI

Mientras el nitrógeno definió la era de la productividad, el silicio puede definir la era de la resiliencia. Su incorporación en programas nutricionales representa una estrategia de adaptación frente al cambio climático, promoviendo una agricultura más eficiente, sustentable y regenerativa, además de los grandes efectos que tiene en la calidad de fruto y su vida de poscosecha.

El siglo XX fue testigo de la revolución verde, donde el nitrógeno (N) se consolidó como el pilar del aumento de la productividad agrícola global. La síntesis del amoníaco mediante el proceso Haber–Bosch permitió alimentar a una población en crecimiento exponencial, incrementando los rendimientos de cereales y cultivos extensivos en más del 150% entre 1950 y 2000 (Erisman et al., 2008). Sin embargo, este éxito trajo consigo externalidades ambientales significativas, como la eutrofización de cuerpos de agua, emisiones de óxidos de nitrógeno y deterioro de la biodiversidad edáfica.

Hoy, bajo el escenario de cambio climático y presión por sostenibilidad, la agricultura del siglo XXI busca nuevos elementos estratégicos que, sin reemplazar al nitrógeno, lo complementen en la mejora de la eficiencia y la resiliencia de los cultivos. En este contexto, el silicio (Si) ha emergido como un “nutriente benéfico esencial” (Ma & Yamaji, 2021), con efectos directos en la calidad de fruta y en la tolerancia frente al estrés abiótico (hídrico, térmico, salino y lumínico).

El nitrógeno: fundamento del salto productivo del siglo XX

El nitrógeno es un componente estructural de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos y clorofila, y su disponibilidad ha determinado históricamente el crecimiento vegetal. La fertilización nitrogenada permitió multiplicar la fotosíntesis, la biomasa foliar y el número de granos o frutos por planta. Sin embargo, sólo entre 30–50% del N aplicado es efectivamente absorbido por los cultivos (Ladha et al., 2016), mientras el resto se pierde por lixiviación o volatilización.

La consecuencia ha sido una disminución progresiva de la eficiencia del uso de nitrógeno (EUN) y una huella ambiental creciente. En sistemas frutales intensivos, este desequilibrio se traduce también en menor calidad organoléptica y firmeza de fruto, aumento del crecimiento vegetativo no deseado y susceptibilidad a estrés biótico y abiótico.

El silicio: el elemento emergente del siglo XXI

El silicio constituye el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, pero su disponibilidad para las plantas depende de su forma soluble (ácido monosilícico, H₄SiO₄). Aunque no se considera esencial, su acumulación en tejidos vegetales (0,1–10% del peso seco, según especie) genera múltiples beneficios fisiológicos y bioquímicos (Epstein, 1999; Liang et al., 2021).

Principales mecanismos fisiológicos:

• Transporte y acumulación vía xilema (Ma & Yamaji, 2015).

• Refuerzo estructural mediante deposición de sílice amorfa en paredes celulares.

• Regulación del estrés oxidativo y mejora del sistema antioxidante.

• Interacción positiva con N, P, K, Ca y Fe, mejorando su eficiencia de uso.

Silicio y estrés abiótico: protección frente al nuevo clima agrícola

El silicio actúa como un modulador fisiológico que fortalece los mecanismos naturales de defensa de las plantas frente a los principales factores de estrés abiótico. Su efecto se ha documentado en cultivos frutales como vid, frutilla, arándano y cerezo.

• Estrés hídrico y salino: mejora la turgencia celular y el balance iónico K⁺/Na⁺ (Santos et al., 2021).

• Estrés térmico y lumínico: estimula proteínas de choque térmico y pigmentos protectores (Kohli et al., 2022).

• Estrés por toxicidad metálica: inmoviliza Al³⁺ y Mn²⁺ en suelos ácidos (Hodson & Evans, 2020).

                        Testigo                                                                                                                                                       Silicio (Quick-Sol®)

Imagen 1.- Corte transversal de hoja de palto, pi. Mexícola (Fotos corresponden a ensayo realizado en Vivero Alihuen). Las fotos de las plantas de donde fueron sacadas las hojas corresponden a las cultivadas en el vivero, planta de la derecha Testigo y planta de la izquierda con Quick-Sol®, el estado de las plantas es después de estar 1 mes sin riego durante el mes de Julio, 2018.

Tabla 1. Principales efectos fisiológicos del silicio en frutales

Depósito y funcionamiento del silicio bajo suministro radicular

Cuando el silicio es suministrado de manera adecuada por vía radicular, se absorbe principalmente en forma de ácido monosilícico (H₄SiO₄) a través de los transportadores específicos de las células epidérmicas y corticales de la raíz, denominados Lsi1 (influx) y Lsi2 (efflux) (Ma & Yamaji, 2015). Estos transportadores operan de forma coordinada: Lsi1 facilita la entrada pasiva del ácido silícico desde la rizosfera hacia el citoplasma, mientras que Lsi2 impulsa su salida hacia el apoplasto y el xilema, donde el silicio se incorpora al flujo transpiratorio.

Durante su movimiento ascendente, el silicio se transporta vía xilemática hasta los órganos aéreos, especialmente hojas jóvenes, frutos y estructuras en crecimiento activo. Una vez allí, el H₄SiO₄ se polimeriza por deshidratación en sílice amorfa (SiO₂·nH₂O), que se deposita en las paredes celulares externas, la cutícula y los espacios intercelulares. Estas acumulaciones, denominadas fitolitos, actúan como una barrera física y fisiológica que incrementa la rigidez de los tejidos, refuerza la epidermis y reduce la transpiración cuticular.

                                    Testigo                                                                                                                                              Silicio (Quick-Sol®)

Imagen 2.- Corte transversal en baya de uva de mesa cv. Blanc Seedless. Se puede observar a simple vista la diferencia entre la constitución de la piel de la baya y de la pulpa, donde los tejidos se ven mucho más consistentes en la fruta con la aplicación del producto en base a silicio Quick-Sol®, lo que es concordante con el mayor porcentaje de materia seca y firmeza medida en las bayas tratadas con respecto al testigo.

A nivel funcional, este refuerzo genera una mejora directa en la calidad de los tejidos y en la firmeza del fruto, debido a que el silicio reduce la degradación de pectinas durante la maduración y limita el colapso celular bajo estrés osmótico o térmico. Asimismo, en tejidos vasculares, el silicio se deposita alrededor de los haces conductores, aumentando la eficiencia del transporte de agua y nutrientes, particularmente de calcio, cuya movilidad se ve favorecida al disminuir la permeabilidad de membranas y la acumulación de radicales libres (Guntzer et al., 2012; Liang et al., 2021).

El suministro radicular sostenido de silicio, especialmente durante etapas de intenso crecimiento vegetativo y desarrollo de fruto, permite una acumulación progresiva en tejidos estructurales, lo que otorga resiliencia frente a estrés hídrico, térmico y salino. Además, diversos estudios en frutales (vid, fresa, arándano, cerezo) han demostrado que esta vía de aplicación, al integrarse con una buena humedad de suelo y un pH entre 6,0 - 6,5, maximiza la disponibilidad del ácido monosilícico y su movilidad hacia los tejidos productivos, potenciando la firmeza, brillo, uniformidad y vida de poscosecha (Savvas & Ntatsi, 2015; Santos et al., 2021; Ma & Yamaji, 2021).

Referencias

• Epstein, E. (1999). Silicon. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 50, 641–664.
• Erisman, J. W., et al. (2008). How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, 1(10), 636–639.
• Guntzer, F., Keller, C., & Meunier, J. D. (2012). Benefits of plant silicon for crops: a review. Agronomy for Sustainable Development, 32(1), 201–213.
• Hodson, M. J., & Evans, D. E. (2020). Aluminium–silicon interactions in higher plants. Journal of Experimental Botany, 71(20), 6719–6737.
• Kohli, S. K., et al. (2022). Silicon-mediated tolerance to abiotic stress. Environmental and Experimental Botany, 198, 104875.
• Ladha, J. K., et al. (2016). Efficiency of fertilizer nitrogen in cereal production. Advances in Agronomy, 131, 85–156.
• Liang, Y., Nikolic, M., Bélanger, R., Gong, H., & Song, A. (2021). Silicon in Agriculture: From Theory to Practice (2nd ed.). Springer.
• Ma, J. F., & Yamaji, N. (2015). A cooperative system of silicon transport in plants. Trends in Plant Science, 20(7), 435–442.
• Ma, J. F., & Yamaji, N. (2021). Silicon uptake and accumulation in plants. Physiologia Plantarum, 173(1), 1–11.
• Rezende, R. A. L., et al. (2020). Silicon improves quality and shelf life of strawberry fruits. Scientia Horticulturae, 265, 109260.
• Santos, L. C. N., et al. (2021). Silicon mitigates salt stress in grapevine. Plant Physiology and Biochemistry, 162, 375–386.
• Soundararajan, P., Sivanesan, I., & Kozai, T. (2020). Role of silicon in plant morphogenesis and physiology. Plants, 9(4), 460.