Boro para aplicación vía suelo

Introducción

La agricultura brasileña atraviesa un momento en el que la rentabilidad asociada a la sostenibilidad, la eficiencia en el uso de fertilizantes y la productividad son los principales componentes del proceso productivo (Abreu et al., 2007).

En este contexto, los micronutrientes, especialmente el boro (B), han adquirido un gran protagonismo en la agricultura para obtener altos rendimientos. Sin embargo, varios investigadores consideran que el B es el micronutriente que tiene las ganancias de productividad más limitadas en la agricultura nacional. Se cree que alrededor del 60% de los suelos del cerrado son deficientes en B (Lopes et al., 2012).

El B se encuentra en la solución del suelo, principalmente en forma de ácido bórico (H3BO3), que es la forma predominante en el rango de pH adecuado para los cultivos y en la que es absorbido por las raíces de las plantas. Sin embargo, la disponibilidad de este micronutriente puede estar influenciada por factores como el pH, la materia orgánica, la textura, la humedad, entre otros (Yamada, 2000; Fageria et al., 2009). En los suelos de Brasil, especialmente aquellos con textura arenosa y bajos niveles de materia orgánica, la falta de este elemento es aún más pronunciada (Malavolta, 2006; Embrapa, 1999).

Además de la baja disponibilidad de B, cabe destacar que el rango de contenidos de este elemento entre deficiencia y toxicidad es estrecho (0.3-0.6 mg.dm-3). En la mayoría de los suelos brasileños, la materia orgánica es la principal fuente de B para las plantas (Faquin, 2005). Las recomendaciones para la fertilización en suelos deficientes en B sugieren dosis más altas de este elemento en suelos que recibieron encalado o con altos contenidos de arcilla y materia orgánica. Esto se debe a los procesos de adsorción del B que se producen con los coloides del suelo (Alleoni, 1996).

La absorción iónica está influenciada por las características del sistema suelo-planta, por ejemplo, hay una selectividad en la absorción de nutrientes donde algunos tienen una mayor preferencia en la absorción; la acumulación de nutrientes está más concentrada en el surco celular que en el ambiente externo y el genotipo vegetal responde de manera diferente a las absorciones y concentraciones de los elementos (Malavolta, 2006; Taiz & Zeiger, 2014).

Para que el nutriente sea absorbido, es necesario que haya contacto entre el ion y la raíz, para el B, este mecanismo se lleva a cabo por flujo másico (97%), que se caracteriza por el transporte a largas distancias. En resumen, el flujo másico es el movimiento del ion en una fase acuosa móvil (solución del suelo) respetando un gradiente de voltaje del agua.

Es decir, los nutrientes se disuelven y son transportados por el agua hasta llegar a la superficie de las raíces. Una implicación práctica de este mecanismo es que la aplicación de B se realiza a distancia de las raíces o como cobertura (Malavolta, 1997; Faquin, 2005; Malavolta 2006). El transporte a través del xilema es unidireccional, a través de la corriente transpiratoria desde las raíces hasta la parte aérea y en el floema B es prácticamente inmóvil. Por lo tanto, la deficiencia de este elemento a menudo aparece en órganos más jóvenes (Broadley et al., 2012).

Actualmente, Brasil es visto como el granero del mundo, no solo porque tiene un alto potencial para producir los cultivos más diversos, sino también porque todavía hay una gran área por explorar de manera sostenible. Sin embargo, para apoyar el crecimiento constante, serán necesarios aportes de nutrientes y se debe prestar cada vez más atención a los problemas de micronutrientes, especialmente el B.

Dinámica del boro en el sistema suelo-planta

El B es un elemento que se encuentra en forma aniónica en el suelo en asociación con el oxígeno. Aunque se encuentra en algunos minerales silicatos insolubles como la turmalina, las principales formas de boro presentes en el suelo son el borato de sodio y el borato de calcio, entre estos minerales podemos mencionar el bórax (Na2B4O7.10H2O), la colemanita (Ca2B6O11.5H2O), la ulexita (NaCaB5O9.8H2O) y la kernita (Na2B4O6.3H2O). La distribución de B en la corteza terrestre se diferencia de otros micronutrientes por su predominio en rocas sedimentarias y los contenidos de B en el suelo se encuentran, en promedio, entre 7 y 80 mg.dm-3. En forma de ácido bórico, el contenido medio de B es cercano a 10 mg.dm-3 (Abreu et al., 2007; Kabata-Pendias, 2011).

En el suelo, la adsorción puede ocurrir por cinco mecanismos:
a) adsorción de ion borato a arcillas;
b) adsorción de ácido bórico;
c) formación de complejos orgánicos;
d) precipitación de boratos insolubles con aluminio y sílice;
e) entrada de B en las rejillas cristalinas de minerales arcillosos
(Hatcher et al., 1967; Yamada, 2000; Kabata-Pendias, 2011).
Cabe destacar que esta adsorción de B limita la disponibilidad de este nutriente, como se muestra a continuación:

Figura 1. Formas y disponibilidad de B en suelos (Adaptado: Goldberg, 1997).

La curva de disponibilidad de B en el suelo es variable y se encuentra en el rango ideal para cultivos entre pH 5 y 7, disminuyendo por encima y por debajo de estos valores (Abreu et al., 2007). En estas condiciones, el B permanece en la forma no disociada (H3BO3), que es la forma en que la planta absorbe este nutriente (Hu & Brown 1997; Power & Woods 1997).

Por otro lado, la adsorción de B por los óxidos de hierro y aluminio es mayor entre pH 6 y 9 (Saltali et al., 2005; Abreu et al., 2007). Además, en los suelos que han recibido encalado o donde los suelos tienen un pH más alto, el B puede unirse al carbonato, precipitar como borato de calcio o adsorberse al carbonato de calcio, quedando momentáneamente inaccesible para las plantas (Alleoni & Camargo, 2000; Rosolem & Bíscaro, 2007). Según los autores, en el año de encalado este déficit es más relevante y se estabiliza de nuevo en los años siguientes. Este hecho es extremadamente importante para el manejo del B en los suelos brasileños, ya que son ricos en caolinita (hidróxidos de aluminio) y óxidos de hierro, tienen baja saturación de bases y se requieren altas dosis de piedra caliza para su corrección. En este contexto, cabe destacar que en zonas bajo sistema de labranza cero es común encontrar un pH alto en las capas superiores 0-10cm, otro hecho que puede contribuir a esta baja disponibilidad de B.

La materia orgánica del suelo concentra la mayor parte del B que abastecerá la demanda de la planta. Sin embargo, el B solo se liberará en la solución del suelo después de la mineralización de esta materia orgánica y puede seguir varios caminos, como se muestra en la figura 2. Vale la pena recordar que las condiciones del suelo que favorecen la descomposición de la materia orgánica, tales como: altas temperaturas, humedad del suelo, alta actividad microbiana y aireación del suelo son esenciales para los incrementos de B disponibles para las plantas (Abreu et al., 2007).

La disponibilidad de B se ve directamente afectada por el contenido de agua en el suelo y se convierte en un factor limitante en condiciones secas donde se reduce el flujo de masa a las raíces (Broadley et al., 2012). Como se mencionó anteriormente, en estas condiciones, hay una disminución en la mineralización de la materia orgánica del suelo, reduciendo la disponibilidad de B (Abreu et al., 2007). Como consecuencia, hay una reducción en el sistema radicular de las plantas, puede aparecer un menor volumen de suelo explorado y síntomas de deficiencia que a menudo desaparecen con una humedad adecuada del suelo (Abreu et al., 2007; Broadley et al., 2012).

Por otro lado, en condiciones de altas precipitaciones, las pérdidas de B por lixiviación reducen la disponibilidad, especialmente en suelos más arenosos. La literatura muestra que la lixiviación de B es mayor en los suelos sin encalado en comparación con los suelos que recibieron piedra caliza (Communar & Keren, 2007) y que la lixiviación tiene una mayor relación con la dosis aplicada y con el contenido de este nutriente en el suelo (Rosolem & Bíscaro, 2007).

En las plantas, el B probablemente es absorbido por las raíces de las plantas en forma de ácido bórico no disociado (H3BO3), la principal forma soluble en el suelo. Sin embargo, hay mucho debate sobre si es absorbido por un proceso pasivo o activo. El transporte es por corriente transpiratoria, es decir, desde las raíces hasta la parte aérea y, en el floema, el B está prácticamente inmóvil. Por lo tanto, los síntomas de deficiencia aparecen en tejidos jóvenes y puntos de crecimiento (Faquin, 2005; Malavolta, 2006; Broadley et al., 2012).

El B es el único elemento que no cumple con el criterio de esencialidad en plantas, pero satisface el criterio indirecto (Faquin, 2005). Entre las principales funciones del B en las plantas se encuentran: estabilidad de la membrana plasmática, metabolismo de ácidos nucleicos y azúcares, regulación de auxinas y diferenciación tisular, elongación radicular, compuestos fenólicos, fijación biológica de nitrógeno, crecimiento del tubo polínico, entre otras (Gupta, 2006; Malavolta, 2006; Jehangir et al., 2017).

Entre las deficiencias de micronutrientes, las de B es más conocida en todo el mundo, ya que las plantas cultivadas en suelos con baja disponibilidad de este nutriente tienen reducciones significativas en los rendimientos de soja (Gomes et al., 2017; Longkumer et al., 2017), maíz (Lordkaew et al., 2011; Wasaya et al., 2017), arroz (Rehman et al., 2014; Rehman et al., 2018), algodón (Ahmed et al., 2013; Wahid et al., 2020), trigo (Nadeem et al., 2019).

Debido a su baja translocación en el floema, aparecen síntomas de deficiencia en nuevos tejidos y meristemas apicales. Hay una reducción en el tamaño de la planta, la deformación de la hoja e incluso la muerte del brote terminal (Figura 3) (Broadley et al., 2012; Gupta, 2006). La toxicidad es más común en regiones áridas o donde el material fuente de los suelos es marino. Por otro lado, el exceso en la aplicación de fertilizantes, vía suelo o foliar puede derivar en toxicidad. Los síntomas se manifiestan como una clorosis y, posteriormente, manchas necróticas en los bordes de las hojas más viejas, que coinciden con las regiones de la hoja donde hay mayor transpiración (Faquin, 2005; Malavolta, 2006; Broadley et al., 2012).

Figura 3. Fotos de deficiencia de boro en: a) maíz; b) soja; c) café; d) cítricos; e) girasol; f) frijoles; g) algodón. Fitotoxicidad del boro en: h) soja; i) café.
(Fotos: Departamento Técnico ICL).

Boro que mitiga la toxicidad del aluminio

Los suelos tropicales presentan limitaciones para el crecimiento y establecimiento de cultivos y esto se debe principalmente a los efectos de la acidez del suelo. Dentro de los componentes de la acidez, el aluminio es uno de los principales límites a la productividad de la mayoría de los cultivos (Fidelis et al., 2016).

Además de los efectos fitotóxicos del aluminio en la solución del suelo, podemos mencionar la disminución de la división celular y la capacidad de las raíces para alargarse, lo que resulta en la inhibición del sistema radicular, con raíces más gruesas, deformadas y quebradizas (Figura 4). Además, la toxicidad del aluminio interfiere con la síntesis de ADN, disminuye la división y replicación celular, altera la permeabilidad de las membranas plasmáticas y altera las funciones de las mitocondrias y el complejo de Golgi (Miyasaka et al., 2009; Kopittke et al., 2015). Como consecuencia, hay una reducción en el crecimiento y desarrollo de las plantas.

Figura 4. Meristemo apical de raíz de trigo sometido a tratamiento normal (izquierda) y con 5µM de cloruro de aluminio (Zhou et al., 2011).

Como forma de mitigar los efectos de este aluminio tóxico en las raíces, los investigadores han propuesto el uso de B, ya que este micronutriente actúa sobre el mantenimiento de membranas y paredes celulares (Sardar et al., 2006; Li et al., 2018; Riaz et al., 2018).

Según Li et al. (2018), el aumento de B en la solución promueve una alcalinización de la superficie radicular, mantiene la integridad de las membranas, aumenta la formación de proteínas y compuestos pécticos cerca de las raíces, aumentando la tolerancia al Al tóxico. Corroborando los resultados, Riaz et al. (2018b) encontraron que las raíces de cítricos (Poncirus trifoliate) que crecen en solución con aluminio (200µM) tuvieron un aumento de hasta el 69% cuando se añadió B a esta solución. Según los autores, el incremento de B se puede utilizar para mejorar el crecimiento radicular y mitigar el daño a las estructuras radiculares causado por el aluminio.

Otra línea de investigación muestra que, en condiciones de altos contenidos de aluminio, la aplicación de B estimula las respuestas del sistema antioxidante, principalmente de las enzimas catalasa, peroxidasa, ascorbato peroxidasa y glutatión reductasa, que reducen el efecto del aluminio en las raíces (Figura 5) y también sus concentraciones en hojas y raíces (Cakmak & Römheld, 1997; Corrales et al., 2008; Riaz et al., 2018B).