Es importante, que los MPA_Si, estén finamente molidos para lograr una mayor superficie de contacto con los componentes de medio ambiente. Los MPA_Si en presencia de agua, forman una fase soluble y otra sólida intemperizada, la velocidad de este proceso puede variar de días a miles de años, por ello la necesidad de remineralizar con MPA_Si que permitan mantener un flujo constante de elementos minerales que emplea la planta en su nutrición. La composición de la fase soluble es influenciada por el tiempo de exposición de los MPA_Si al agua [H₂O] de lluvia y riego (recordemos que el agua es el disolvente universal, y que el agua y el silicio forman una solución con gran capacidad de disolver cationes), al bióxido de carbono [CO₂] del ambiente o bien producto de la descomposición de la materia orgánica y actividad biológica del suelo y al calentamiento del suelo debido a la radiación solar. En la fase soluble, se encuentra el silicio en la forma de  ácido ortosilícico [H₄SiO₄] como monómero, y también en diferentes grados de polimerización y coloides, mismos que forman sales con los cationes presentes, dando lugar a silicatos que promuevan la creación de gradientes de concentración de nutrientes minerales desde el suelo a los tejidos de la planta. Para que esto ocurra es ideal que la concentración de ácido ortosilícico en la solución del suelo sea permanentemente mayor a 70 ppm (aprox. 35 kg/ha en la zona radicular). Con esta concentración se promueve el flujo de silicio a los diferentes tejidos de la planta. Uno de estos es la epidermis foliar y radicular, donde se desarrollan los tricomas y fitolitos. Los tricomas en su estructura tienen altas concentraciones de silicio y estos forman parte de la capacidad de  adaptación y resistencia al estrés biótico y abiótico, ya que forman una barrera física y están ligados a la producción de compuestos que repelen y controlan el ataque de insectos y enfermedades. Así también, diferentes formas del ácido ortosilícico participan en la mejora de procesos biológicos involucrados en la productividad como es la asimilación y flujo de minerales, la producción, acumulación y movilización de reservas de carbohidratos, proteínas  y producción de fitoquímicos. Esta mejora permite obtener mayores cosechas en volumen, calidad sanitaria, nutracéutica y funcional.

La tecnología de remineralización de suelos se logra aplicando de 0.5 a 1.5 ton/ha de MPA_Si, siendo posible lograr incrementos en la producción de las siguientes cosechas: En fríjol bajo condiciones de temporal es posible pasar de  300 a 1,000 kg/ha y bajo condiciones de riego la producción supera los 4,000 kg/ha. El contenido de nitrógeno proteico en la semilla se mejora substancialmente dado que ocurre una mayor nodulación y por lo tanto una mejor colonización con bacterias fijadoras de nitrógeno. En el cultivo de fríjol los MPA_Si, se aplican al momento de la siembra a un lado de la semilla, esto promueve la formación de tricomas en número y tamaño desde las primeras etapas de desarrollo. Los tricomas contienen más de 30% de silicio, por ello un indicador practico de la demanda de silicio, es observar la presencia de tricomas, si se observan pocas de estas estructura se debe aplicar una mayor cantidad de MPA_Si. Por lo general no se recomienda aplicar más de 2 ton/ha por ciclo agrícola. Esta práctica, debe mantenerse hasta lograr contenidos mayores a 20% de silicio en el suelo. Es altamente recomendable para acelerar el proceso de remineralización, aplicar los minerales primarios amorfos ricos en silicio (MPA_Si), con materia orgánica (MO), en una relación de 1:1 o 2:1, (MPA_Si)/ (MO), ya que muestran gran actividad sinérgica.

En el cultivo de caña la producción es de 60 ton/ha en suelos con 16% de silicio, mientras que se pueden cosechar mas de 180 ton/ha en suelos con 22% de silicio. El cultivo de la caña y en general las gramíneas son altamente demandantes de silicio, en promedio la caña extrae anualmente 370-500 kg/ha de silicio. Las hojas de la caña desde que nacen contienen gran cantidad de tricomas y fitolitos, por lo que el contenido de silicio en estas, varía entre 1.5 y 5%. Otras gramíneas que demandan de silicio y que muestran respuesta a la aplicación de MPA_Si, son el arroz, cebada, avena, trigo, sorgo y maíz. En estos cultivos la remineralización se realiza al momento de la siembra con 0.5 ton/ha y en la primera escarda se aplica otra cantidad igual o bien 1.0 ton/ha. Nuevamente los indicadores son la presencia de tricomas y fitolitos, estos incrementan el color verde y brillo de la hoja (albedo). A manera de ejemplo, se muestra en las siguientes figuras obtenidas en un microscopio electrónico de barrido, acoplado a una microsonda de energía dispersiva (SEM-EDS), como los tricomas y fitolitos apoyan el control y combate de insectos. Un insecto que causa grandes daños en el cultivo de maíz es el gusano cogollero. Spodoptera frugiperda. El gusano al comer las hojas de maíz cultivado en suelo remineralizado con MPA_Si, deteriora sus mandíbulas, dificultando su alimentación ya que prácticamente comen “vidrio” y consecuentemente se controla el ataque del insecto. Ello permite mejorar las condiciones de desarrollo del cultivo con un incremento de rendimiento En buenas condiciones de silicio en el suelo, concentración mayor a 20%, es posible lograr bajo riego y adecuada aplicación de nitrógeno, fósforo y potasio, de 12 a 16 ton/ha de grano de maíz. Un similar efecto se observa en el comportamiento y ocurrencia de otros insectos.

Los cultivos de frutales como el aguacate, fresa, limón y mango, se adaptan también al estrés biótico y abiótico con la aplicación de minerales ricos en silicio, MPA_Si. La ocurrencia y severidad de las enfermedades causadas por hongos y bacterias son limitadas y la calidad de cosecha se mejora en cantidad y calidad (tamaño, sanidad). En el cultivo de la fresa es posible obtener cosechas superiores a las 60 ton/ha, sobre todo cuando se combina con la tecnología de riego presurizado y el acolchado de suelo. En el cultivo de aguacate, se observa, que los retoños y frutos nacen cubiertos de tricomas, y una mayor vida media de los tricomas, está ligada al flujo de nutrientes, sanidad y productividad del cultivo. Adicionalmente se mejora la capacidad de los tallos para almacenar reservas de carbohidratos en la forma de almidón, mismos que se emplean en la producción de frutos. Es importante destacar que los minerales ricos en silicio, han demostrado óptimo desempeño en el cultivo orgánico.

En el cultivo de solanáceas, chile y papa, los resultados se observan en la sanidad del cultivo, calidad y uniformidad de cosecha además de un incremento en el volumen. En estos cultivos y el jitomate, también muestran una alta relación de la aplicación de los minerales ricos en silicio y la presencia de tricomas en número y tamaño. Es relevante comentar que los tricomas están relacionados con la producción de terpenos que repelen y controlan el ataque de insectos dañinos, aunque también funcionan para atrapar el polen y atraer insectos benéficos.

El cultivo del algodón, en donde la fibra es un tricoma, la aplicación de silicio mejora la calidad de la fibra y su producción, además de mejorar la tolerancia al estrés biótico y abiótico del cultivo.

En todos los casos la mejor respuesta a los MPA_Si, se logra cuando se aplican desde el inicio del desarrollo de la planta y cultivo, mientras que durante el desarrollo del cultivo es importante la presencia de silicio antes de la floración.

Adicionalmente la remineralización permite:

• Revertir el proceso de erosión del suelo y deterioro de la actividad agrícola mediante el manejo de la concentración de silicio en el suelo, llevándolo a concentraciones mayores de 20%.
• Proporcionar valor agregado a los suelos agrícolas, mediante el manejo del contenido de silicio y materia orgánica.
• Proporcionar valor agregado a las cosechas agrícolas, mediante el conocimiento de la composición química y mineral de los alimentos producidos en cosechas tratadas con minerales ricos en silicio (MPA_Si).

EL SILICIO EN LOS SISTEMAS AGRICOLAS Y LA REMINERALIZACIÓN

Se establece según las experiencias propias del autor en el manejo de la producción agrícola que en  la fisiología de los cultivos y la nutrición vegetal:

a)     El silicio se encuentra en la naturaleza en estado oxidado (SiO₂), ocupando del 70 al 90% de los componentes sólidos del suelo, observando en la solución del suelo de 50 a 150 ppm de acido ortosilícico [H₄SiO₄], la forma soluble del silicio. Como el silicio no es indispensable para la ocurrencia del metabolismo primario, no se le considera como un elemento esencial, sin embrago su presencia lo potencializa posibilitando la adaptación ante el estrés biótico y abiótico, e incrementa la vida media de hoja, tallo, raíz y cosecha.

b)    El agua es el disolvente universal y esta propiedad es mejorada substancialmente cuando està, el silicio en la forma de ácido ortosilísico. Por ello los nutrientes son mejor asimilados cuando el silicio esta presente en la solución.

c)     El silicio contenido en el suelo, varia según la explotación agrícola, ocurriendo concentraciones en la capa arable de 25 cm, desde 350 ton/ha a 780 ton/ha. Detectando que la concentración limita la productividad y sanidad de cultivos y cosechas. Por ello se plantea que el silicio forma parte indispensable en el desarrollo agrícola sustentable.

d)    Las moléculas de silicio fisiológicamente activas son solubles, estables y asimilables, y estas incluyen a monómeros, dímeros, polímeros y coloides de ortosilícico [H₄SiO₄], potencializando su función en los vegetales cultivados contra el estrés biótico y abiótico, al formar oligómeros con polímeros de carbohidratos, proteínas y sus iones con los cationes de calcio, magnesio, potasio, zinc y hierro.

e)     La epidermis, tejido que forma una barrera protectora entre el medio ambiente y las células que componen los diferentes tejidos de la planta, contienen de 10 al 50% de silicio, formando estructuras solidas y flexibles, con funciones biológicas específicas. Algunas de estas formas, son los fitolitos y tricomas. Las diferentes formas de tricomas, permiten desde la asimilación de nutrientes a la liberación de compuestos que repelen y combaten bacterias, hongos, insectos y ácaros que perjudican el desarrollo de los cultivos, así también cuando el cultivo se desarrolla adecuadamente el silicio estimula la simbiosis con microorganismos e insectos. Además en las células de la epidermis, el silicio puede estar en forma polimérica y coloidal, lo cual permite mantener disponibles agua y minerales, manteniendo turgente al tejido foliar. Por otro lado, los fitolitos permiten aprovechar mejor la luz, ya que ellos la dispersan y eliminan el efecto de la luz ultravioleta. Todo esto permite una protección física y química, que resulta en resistencia y adaptación al estrés biótico y abiótico.

f)     Adicionalmente las diferentes formas de silicio soluble, en los tejidos vegetales, permiten una mejor movilidad de; minerales, carbohidratos, metabolitos secundarios y proteínas, ello a través de inducir la formación de tejido vascular del tipo traqueidas y por interacción química iónica,  mejorando substancialmente los procesos metabólicos involucrados en la productividad, por lo que los minerales ricos en silicio mejoran la producción de cosechas en cantidad y calidad.

g)    Para la mejor producción es importante que la disponibilidad en cantidad, oportunidad y calidad de silicio se proporcione desde el inicio del desarrollo de la planta, por ello los minerales ricos en silicio deben aplicarse desde la germinación y durante todo el desarrollo del cultivo, ya que las estructuras silícicas se renuevan y forman constantemente, sobre todo en los sitios de activo crecimiento foliar y radicular.

h)     El sistema radicular tiene capacidad de detectar la presencia de silicio, desarrollando diferentes estrategias metabólicas y fisiológicas para asimilarlo. Se propone que estas acciones se observan en el desarrollo de tricomas absorbentes radiculares (raíz secundaria), tejido de conducción del tipo xilema, las traqueidas, y se activa la capacidad de almacenamiento de reservas de carbohidratos en la forma de almidón o fructanos en células especializadas, principalmente contenidas en la medula del tallo. Las plantas con la presencia de silicio en la nutrición desarrollan un sistema de protección, proporcionada por mejor contenido de silicio en la epidermis en la forma polimérica, ácido ortosilícico y silicio sólido. Esto se observa por el desarrollo de tricomas estructurales (contienen de 13 al 50% de silicio) y globulares, que tienen funciones variadas, incluso contrapropuestas: favorecer o ralentizar la transpiración, repeler o atraer a insectos, ácaros, hongos, bacterias, animales. Aquí nosotros destacamos la propiedad de proteger a la planta contra el estrés biótico y abiótico. Por lo antes expuesto se propone que el flujo de silicio es fundamental para el desarrollo sustentable de cosechas.

i)      La calidad nutritiva y funcional de las cosechas esta relacionada con la disponibilidad de silicio durante el crecimiento y las diferentes fases fenológicas del cultivo. Sobre todo, durante el almacenamiento y movilización de reservas. 

MINERALES RICOS EN SILICIO DESARROLLADOS

En colaboración entre el Instituto Tecnológico Superior de Uruapan y con la empresa Dolomita Agrícola de México S. A. de C. V., se han desarrollado diferentes presentaciones de minerales amorfos ricos en silicio. Estos materiales son rocas minerales molidas y no son productos desarrollados químicamente, por lo que se adaptan bien para la agricultura orgánica. Los minerales desarrollados son:  

FUENTES MINERALES DE SILICIO DESARROLLADAS POR ITESU-DOLOMITA