Introducción

El banano (Musa spp.) es un cultivo de gran valor económico y social en muchas partes del mundo, ya que no solo es una importante fuente de nutrientes y energía, sino que también contribuye a la sostenibilidad económica y social de algunas comunidades del mundo (Petsakos et al. 2019). El comercio del banano es una fuente significativa de ingresos para la economía ecuatoriana y es una importante fuente de empleo en el país. El sector bananero emplea a unas 200 000 personas de manera directa y a más de un millón de personas de manera indirecta, según datos de la Asociación de Exportadores de Banano de Ecuador (AEBE) (Vásquez Orozco 2017). Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), en el 2020 Ecuador exportó 6,1 millones de toneladas de banano, lo que representa aproximadamente el 32% de la producción mundial (Chamba et al. 2021).

El silicio (Si) es un elemento común en rocas y suelos, aunque no es esencial para las plantas, la mayoría de los cultivos acumulan una cantidad significativa (Tubaña y Heckman 2015). Investigaciones indican que el uso del Si en la agricultura puede mejorar la productividad de los cultivos, la asimilación de nutrientes esenciales, y aumentar la tolerancia a diversos tipos de estrés causados por factores abióticos y bióticos (Amin et al. 2018, Tubaña et al. 2016). Además, el uso de Si en la agricultura puede aumentar el rendimiento, reducir el estrés abiótico por salinidad, aumentar la resistencia a la sequía y reducir los efectos tóxicos de los metales pesados (Liu et al. 2020). Resaltar el uso de silicatos naturales como fertilizantes aumentan el potencial de mitigar el agotamiento de los nutrientes del suelo y, como consecuencia, es una alternativa al uso extensivo de fertilizantes fitosanitarios y fertilizantes ricos en Nitrógeno (N), Fosforo (P) y Potasio (K); de esta forma se lograría mantener una agricultura sostenible (Guntzer et al. 2012).

La absorción de Si por parte de las plantas se produce principalmente en forma de ácido silícico (H₄SiO₄) o ácido monosilicico Si(OH)₄ soluble en agua, que sigue pasivamente el flujo de agua desde la superficie de la raíz (Henriet et al. 2006). El Si en el suelo se encuentra en una forma inerte y se absorbe en forma soluble como Si(OH)₄, lo que depende tanto de las raíces como de la composición química del suelo (Bakhat et al. 2018). Adicionalmente, la presencia de más Si en las raíces, brotes y hojas de las plantas las hace más resistentes a los ataques de plagas y aumenta la tolerancia a la sequía, puesto que forma una gruesa capa bajo la epidermis, esta capa de Si reduce la capacidad de las hojas para asimilar las plagas y la pérdida de agua durante la transpiración de la planta (Greger et al. 2018).

La presencia de Si puede tener varias funciones beneficiosas, tales como la reducción de la toxicidad de los minerales, la mejora de las propiedades mecánicas de los tejidos vegetales y el aumento de la resistencia a diversos estreses abióticos y bióticos (Lopes da Silva et al. 2021). Además, la aplicación de Si puede atenuar la deficiencia de Calcio (Ca) en el cultivo de col (Brassica oleracea L.) y la deficiencia de K en plantas de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) cuando se aplica vía foliar (Bhat et al. 2019, dos Santos et al. 2021). Estos efectos beneficiosos se deben a la presencia de fitolitos en los cultivos expuestos a varios tipos de estrés ambiental (Guntzer et al. 2012).

Para llevar a cabo un diagnóstico foliar, es necesario conocer los niveles de nutrientes estándar requeridos por el cultivo, los cuales se encuentran en el rango crítico (SR), que puede estar asociado con el 90 al 100% de la producción máxima (Ulrich 1952). La mayoría de los estudios realizados en el mundo sobre el cultivo de banano mediante diferentes dosis de nutrientes han evaluado sus efectos en la producción, rendimiento y fitosanidad de la planta. Sin embargo, la información al respecto de Si es realmente muy escasa, lo que hace imposible conocer los niveles críticos o adecuados de este nutriente para banano.

Estudios realizados por Castellanos González et al. (2015) en gramíneas, determinaron que el Si actúa de manera indirecta sobre la resistencia a plagas, mitiga la susceptibilidad de la planta y genera así la mejor asimilación de nutrientes. Según investigaciones de Camacho et al. (2013) sobre el efecto del Si aplicado de forma foliar en el cultivo de azúcar (Saccharum officinarum L.), encontraron que existe relación directa sobre el Si y su incidencia en el incremento de N y K; con tendencia de disminución del sodio (Na). Investigaciones realizadas por de Souza Ferraz et al. (2014) en el cultivo de algodón, establecen que la aplicación de Si aumentó la tasa de asimilación de CO₂ y la eficiencia cuántica del fotosistema II.

En vista de los antecedentes mencionados, se ha formulado la hipótesis de que la aplicación frecuente de dosis de Si foliar aumentará el contenido nutricional de Si en los cultivos. El objetivo de este experimento es evaluar la respuesta del cultivo de banano a dosis crecientes de Si, para determinar el efecto nutricional foliar en las condiciones específicas de la provincia de El Oro.

Materiales y métodos

Localización y características del área experimental. El experimento se realizó entre junio de 2022 a enero de 2023 en la granja experimental del campus Santa Inés de la Universidad Técnica de Machala, provincia de El Oro, Ecuador (3° 17ʹ 22″ S, 79° 54ʹ 43″ W). El clima de la región corresponde al de sabana tropical (AW), con una estación seca de mayo a diciembre y una estación lluviosa de enero a abril (Morán‐Tejeda et al. 2016). La temperatura media anual de la zona oscila entre 25 y 30°C (Pourrut et al. 1995). Las características del suelo de la zona pertenecen al subgrupo de Aquic Dystrudepts (Soil Survey Staff 2014). El cultivar del sitio utilizado fue el triploide Musa AAA, cv. “Williams”, del subgrupo Cavendish (“Williams Cavendish”).

Diseño experimental. El experimento correspondió a un diseño de bloques completos al azar (DBCA). Para el establecimiento del diseño: se ubicaron los bloques de manera perpendicular al gradiente de variabilidad de la zona (fertilidad del suelo); se dividió los bloques en función del número de tratamientos y se los asignó de forma completamente al azar en las unidades experimentales (UE), de forma independiente. Se consideró una franja alrededor del entorno experimental para contrarrestar el efecto de los bordes.

El factor de estudio fue las dosis creciente y distinta de ácido monosilicico Si(OH)₄. Se establecieron 4 tratamientos y 4 repeticiones. Las dosis evaluadas fueron: 0; 250; 500 y 750 cm³.ha^-1 en referencia a las dosis aplicadas dentro del mercado. Se aplicaron las dosis con una frecuencia mensual. Se seleccionaron de 3 a 5 unidades muestrales (UM), que consistieron en plantas (hijas) de un metro de altura y con una de sus hojas funcionales en estado de F10 (primera hoja funcional de 10 cm de ancho), por cada tratamiento (Soto Ballestero 2014).

Manejo del ensayo. Las dosis de Si se aplicaron mediante un vehículo aéreo no tripulado (VANT-Dron) de fumigación agrícola. Se continuo con la planificación nutricional anual del entorno experimental, que consistió en una fertilización edáfica y foliar en toda la zona experimental de manera homogénea en todos los tratamientos. Las plantas recibieron dosis estándar de: 50 kg.ha^-1 de P₂O₅ en forma de superfosfato triple (46% de P₂O₅); 64 kg.ha^-1 de CaO (23% CaO) y 60 kg.ha^-1 de SO₄ en forma de sulfato cálcico (18% SO₄) (Villaseñor-Ortíz et al. 2022). Durante el ensayo se aplicaron todas las prácticas agronómicas que requiere el cultivo como el deshije, control de malezas, apuntalamiento, enfunde, deshoje fitosanitario, riegos y limpieza de canales de drenaje; según las recomendaciones de Galán Saúco et al. (2010).

Muestreo foliar y de raíces. Se recolectaron muestras foliares de 3 a 5 plantas centrales en cada UE. La recolección de las hojas se realizó al momento de la emergencia de la inflorescencia con el procedimiento propuesto por Martin-Prevel (1987) mediante el método MEIR se colectó de la tercera hoja (desde el ápice) de una planta adulta que, en el punto de emisión de inflorescencia, una porción central de 10 cm x 10 cm en cada lado de la vena central. En las 2 porciones se evaluó el nivel de clorofila con el dispositivo de medición portátil Minolta SPAD-502 Plus, con el cual se realizaron 3 tomas en ambos lados de hoja de la nervadura central, y se registró el dato promedio calculado por el mismo equipo en unidades de μg.cm^-2.

El tejido foliar muestreado en las parcelas experimentales se descontaminó con agua desionizada, luego con una solución detergente (0,1%), después con una solución de ácido clorhídrico (0,3%) y de nuevo con agua desionizada. Posteriormente, el tejido se secó en una estufa de circulación forzada a temperaturas entre 60 y 70°C hasta peso constante y finalmente se molió. En laboratorio, se utilizó el método propuesto por Bryson et al. (2014) para la preparación de la muestra, que consistió en la incineración seca de la muestra y posterior dilución en agua. Se realizaron los análisis químicos correspondientes para determinar el nivel de Si según el método EPA 7010 que utiliza la técnica de espectrofotometría de absorción atómica en horno de grafito.

El muestreo de raíces consistió en la recolección de muestras de 3 plantas de cada UE, las muestras fueron tomadas, mediante el criterio de selección de plantas en reciente emergencia de inflorescencia, que poseyeron una planta hija de sucesión de al menos 1 m de altura. Posteriormente, frente a la planta hija seleccionada, se excavó en el suelo un hoyo de 30 cm de longitud por 15 cm de ancho y 30 cm de profundidad (volumen 13 500 cm³ de suelo), se recolectaron todas las raíces extraídas en esa porción de suelo, luego se colocaron las raíces en bolsas plásticas, debidamente identificadas y se enviaron al laboratorio, el cual empleo el método establecido por Taylor y Loegering (1953), modificado por Araya Vargas (2002) para el análisis de raíces.

Procedimiento estadístico. Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) factorial intergrupos. Para la verificación de supuestos de distribución normal y de homogeneidad de varianzas, se empleó las pruebas de Shapiro-Wilk y de Levene, respectivamente. Como método de separación de medias para las comparaciones múltiples entre los grupos, se aplicaron pruebas de rangos múltiples post hoc de Duncan. Se generaron modelos de regresión polinomial. El nivel de significancia (p<0,05) fue implementado para todas las pruebas y regresiones estadísticas. Se manejo el programa SPSS Statistisc 26 desarrollado por IBM (1968) para el análisis de datos.

Para medir la relación entre los 4 tratamientos de Si aplicados de forma foliar, con los niveles de Si obtenidos después de la evaluación en laboratorio y los niveles de clorofila, medidos con el instrumento SPAD, se realizaron mediante análisis de regresión y se obtuvieron los respectivos modelos de relación entre las dosis de Si aplicadas con el nivel de Si foliar en banano y clorofila. El valor del nivel crítico (NC) o contenido adecuado de Si foliar, se evaluó a partir de la asignación de valor nulo al nivel de Si foliar para la ecuación producto de la regresión entre Si foliar y tratamientos (Melo et al. 2017).

Resultados y discusión

En la Tabla 1, se muestran los análisis de varianza de la aplicación de los tratamientos de Si foliar sobre niveles de clorofila y silicio foliar. Los niveles de Si foliar más altos (0,41 y 0,38%) se presentaron en las aplicaciones de dosis de 500 y 750 cm³.ha^-1 respectivamente (Tabla 1). La dosis de Si de 500 cm³.ha^-1 generó la media más alta de Si foliar, que presenta diferencias estadísticas significativas (p valor = 0,007) al compararla con las demás dosis.

^adiferencias significativas por medio de las pruebas post-hoc de Duncan al 5% de probabilidad. SPAD = Nivel de clorofila (μg.cm^-2). Si-f = Silicio foliar (%).

Los resultados que se obtuvieron de clorofila (Tabla 1) determinaron que la aplicación de una dosis de Si de 500 cm³.ha^-1 _, generó la media más alta de clorofila (56,16 μg.cm^-2) diferenciándose significativamente del resto de dosis que registraron valores inferiores a la media general (53,33 μg.cm^-2). En la Tabla 2, se muestran los modelos de regresión polinomial entre los tratamientos de Si foliar y los niveles de clorofila. Estos modelos no fueron significativos.

^ns = No existe significancia estadística. ¹ = Modelo de regresión lineal. ² = Modelo de regresión cuadrática. ³ = Modelo de regresión cubica. ^NC = Valores del nivel crítico o contenido adecuado, extraídos asignando valor nulo a los niveles de clorofila. SPAD = Nivel de clorofila (μg.cm^-2).

Resultados obtenidos por Abdelaal et al. (2020) en el cultivo de pimiento dulce, demostraron que mediante la aplicación foliar de Si se produce mejoras en la concentración de clorofila y nutrientes minerales, el estado hídrico y el rendimiento de frutos de las plantas de pimiento dulce. También estudios realizados en maíz por Liu et al. (2020) comprobaron que la aplicación de Si mitiga la disminución del contenido de clorofila causada por microelementos tóxicos. En banano, resultados de Moyano Del Pozo (2016) demuestran un efecto positivo en cuanto a la aplicación de Si, ya que incrementa el contenido de clorofila, incidiendo de manera positiva sobre el desarrollo fisiológico, mejor asimilación de nutrientes presentes en la planta y el control de plagas y enfermedades.

En la Tabla 3, se muestran los análisis de varianza de la aplicación de los tratamientos de Si foliar en el porcentaje de raíces vivas y la masa total de raíces promedio. La aplicación de las diferentes dosis de Si no demostraron un efecto sobre el porcentaje de raíces vivas y la masa total de raíces promedio. Sin embargo, pese a que la aplicación de Si no demuestra un efecto sobre estas variables, en promedio, el porcentaje de raíces vivas (77,20%) en la aplicación de la dosis de 500 cm³.ha^-1 se encontraron en un rango normal (70-85%) según parámetros preestablecidos por laboratorio (Tabla 3).

^ns = Determina que no existe diferencias significativas entre los grupos. MTRP = Masa total de raíces promedio. RV = Raíces vivas. Bloq. = Número de bloques. Pt = Número de plantas muestreadas.

Estos resultados difieren con obtenidos por Lopes da Silva et al. (2021) en el cultivo de col, donde al añadir Si en solución nutritiva bajo invernadero, se incrementa el contenido de materia seca de las raíces. Matichenkov y Calvert (2002) en el cultivo de caña de azúcar, explican que la presencia del Si aplicado de forma edáfica en campo o invernadero mejora el desarrollo y aumenta la masa radicular en un 50 y 200%, lo cual difiriere con los resultados obtenidos en la presente investigación principalmente por la forma de aplicación, ya que la capacidad de traslocación de los nutrientes a la raíz mediante una dosificación foliar es menor en comparación con una aplicación edáfica directa de Si.

En la Tabla 4, se muestran los modelos de regresión polinomial entre los tratamientos de Si foliar y los niveles de Si identificados en laboratorio. La ecuación lineal estableció un nivel de Si foliar (0,41%) a una dosis máxima de Si (750 cm³.ha^-1) con un coeficiente de determinación R² (0,43) altamente significativo, que indica una correlación moderada entre las variables (Tabla 4). Al ser una ecuación lineal positiva, su tendencia explica que a la aplicación de una mayor dosis de Si, se obtendrán un mayor % de Si foliar (Figura 1). Posiblemente por la falta de aplicación de una dosis adicional Si en el ensayo, el resto de los modelos de regresión no resultaron significativos. Sin embargo, se puede observar que, a diferencia de la ecuación lineal, esta ecuación cubica predice: un mayor nivel de Si foliar (0,45%) a una menor aplicación de dosis de Si (614,70 cm³.ha^-1) y un mayor coeficiente de determinación R² (0,55) que indica una correlación fuerte entre las variables (Tabla 4).

^ns = No existe significancia estadística. ^** = Altamente significativo al 1 % de probabilidad. ¹ = Modelo de regresión lineal. ² = Modelo de regresión cuadrática. ³ = Modelo de regresión cubica. ^NC = Valores del nivel crítico o contenido adecuado, extraídos asignando valor nulo a los niveles de silicio foliar. Si-f = Porcentaje de silicio foliar (%).

Pocos estudios han determinado un nivel crítico de Si foliar en distintos cultivos. En plántulas de café en almácigo, Caicedo y Chavarriaga (2008) determinaron una gran concentración de Si foliar (0,52%) que se provoca al aplicar 6 g de silicio. Pese a esto, no se determina específicamente aquel contenido adecuado que se genera a partir de una dosificación de este nutriente. En banano, la información es escasa de nivel crítico foliar y poco precisa al momento de emplear alguna fuente de Si como nutrición complementaria del cultivo; lo que justifica la relevancia de estos resultados para futuras investigaciones.

Conclusiones

Se concluye que la aplicación foliar con Si (dosis al 500 cm³.ha^-1) mejoró el nivel de clorofila y el estado nutricional del cultivar de banano 'Williams Cavendish' cultivado en Ecuador. Mediante una ecuación lineal propuesta, se encontró que entre mayor sea la dosis de Si aplicada (750 cm³) se lograra un mayor nivel de Si foliar (0,41%). En futuras investigaciones es importante demostrar la incidencia del Si en el incremento de otros elementos importantes que interfieren en la nutrición foliar del banano, para el establecimiento de un contenido adecuado de Si foliar a nivel nutricional.

Agradecimientos

A Yara Ecuador Cia. Ltda. como principal financista del presente proyecto de investigación en colaboración con la Universidad Técnica de Machala (UTMACH).

Literatura citada

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