ctr Cultivos Tropicales cultrop 0258-5936 1819-4087 Ediciones INCA 2050/v45n3e05 00005 Artículo original Incidencia de las nanopartículas de calcio y magnesio sobre la productividad del limón Eureka 0000-0002-0484-9736 Yfran Elvira María de las Mercedes * 0000-0003-3508-7794 Chabbal Monzón Marco D 0000-0002-8934-2474 Píccoli Delbón Analía B 0000-0002-9139-4759 Giménez Laura I Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional del Nordeste (UNNE). Sargento Cabral 2131, Corrientes, Argentina. CP 3400 Universidad Nacional del Nordeste Facultad de Ciencias Agrarias Universidad Nacional del Nordeste Corrientes 3400 Argentina Autor para correspondencia: mariyfran077@hotmail.com

Conflicto de intereses: Autores declaran no tener conflicto de intereses

Contribución de los autores: Conceptualización- María de las Mercedes Yfran Elvira; Marco D. Chabbal Monzón. Investigación- María de las Mercedes Yfran Elvira; Marco D Chabbal Monzón; Analía B Píccoli Delbón; Laura I Giménez. Metodología- Laura I. Giménez. Supervisión- María de las Mercedes Yfran Elvira. Escritura del borrador inicial, Escritura y edición final y Curación de datos- María de las Mercedes Yfran Elvira.

 01 09 2024 09 2024 45 3 e05 18 10 2022 18 02 2023 Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons RESUMEN

El calcio y magnesio son elementos esenciales en la nutrición vegetal y actualmente en el mercado existen fertilizantes constituidos por nanopartículas de Dolomita, que permiten incorporarlos al suelo o vía foliar. El objetivo de este trabajo fue evaluar la incidencia de la nanofertilización de calcio/magnesio sobre la productividad, nutrición foliar y calidad de fruta del limón Eureka. Se evaluaron los siguientes cinco tratamientos: 1- Testigo; 2- nanopartículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 2 L ha-1 [vía foliar]; 3- nanopartículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 4 L ha-1 [vía foliar]; 4- nanopartículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 2 L ha-1 [aplicado al suelo]; 5- nanopartículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 4 L ha-1 [aplicado al suelo], distribuidos en un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones y cuatro plantas por repetición. Se tomaron muestras foliares en marzo, en dos campañas consecutivas, determinándose concentraciones de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio. A la cosecha se seleccionaron 40 frutos por parcela experimental, evaluándose diámetro ecuatorial, porcentaje de jugo, producción en kilogramos por planta, contenido de sólidos solubles totales, acidez titulable e índice de madurez. La nanofertilización de calcio/magnesio aplicado vía foliar 2 L ha-1 y aplicado al suelo 4 L ha-1 presentó asociación con la concentración de magnesio foliar, favoreciendo una acumulación de este nutriente en el tiempo. El tratamiento con nanofertilizante de calcio/magnesio en dosis de 4 L ha-1 aplicado al suelo fue significativo en el porcentaje de jugo del fruto de plantas de limón ʹEurekaʹ.

 Palabras clave: Citrus limon nutrición foliar nanomateriales INTRODUCCIÓN

El uso de la nanotecnología en la agricultura afecta favorablemente la nutrición y protección de los cultivos. El calcio y magnesio son elementos esenciales en la nutrición vegetal (1) y están siendo incorporados al mercado fertilizantes en nanopartículas de Dolomita de alta pureza.

El calcio (Ca) forma parte importante de la constitución de la membrana de las células y se acumula entre la pared celular y la lámina media, donde interacciona con el ácido péctico para formar pectato de calcio, lo que confiere la estabilidad y mantiene la integridad de éstas (1-3). Este nutriente, actúa como agente cementante de las células, se encuentra estrechamente relacionado con la actividad meristemática, tiene influencia en la regulación de los sistemas enzimáticos, la actividad de fitohormonas y aumenta la resistencia de los tejidos a patógenos, incrementando la vida útil poscosecha y calidad nutricional (4). La sintomatología de la deficiencia se presenta en hojas sin alcanzar su tamaño final (estadio 1:15 según escala Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und CHemische Industrie ((BBCH) (5)), las plantas en general pierden vigor y los frutos presentan rajado de la corteza (splitting, en inglés) (1).

Un suministro constante de Ca absorbido por la raíz y transferido a la fruta es crucial para el desarrollo saludable de la misma. El transporte a larga distancia de Ca se realiza a través de vías de xilema/apoplasto desde la raíz hasta las partes superiores, y en el caso de la absorción de Ca por parte de la fruta, la expansión de la misma también es un determinante para el flujo de entrada de savia que entrega Ca a la fruta (2,3,5).

El magnesio (Mg) en las células vegetales cumple un rol específico como activador de enzimas incluidas en la respiración, fotosíntesis y síntesis de ADN y ARN. También, forma parte de la molécula de clorofila. Al Mg se le atribuye participación en el desarrollo de frutos, contribuyendo a la labor de la fructosa 1,6 difosfatasa, la cual regula la síntesis de almidón, factor que puede ser determinante en el nivel de azúcares y la calidad de los frutos. La carencia de este elemento mineral se manifiesta por un amarillamiento de la hoja, que no alcanza toda la superficie, quedando una V rellena de color verde, con su vértice apuntando hacia el ápice de la hoja. Dada la movilidad de este elemento en la planta, las hojas afectadas son las más viejas (1).

Los nanomateriales o nanopartículas (NPs), son materiales de dimensiones muy pequeñas (menor de 100 nanómetros) con orden de magnitud de 10-9 m. En este grupo de materiales se encuentran varias NPs (Zn, Fe, Ca, Mg, Cu, Ag, etc), teniendo muchas de ellas gran potencial en la agricultura sustentable y reduciendo el impacto ambiental (5,6).

Los nanofertilizantes abordan el tema de agricultura como una solución en cuanto a la absorción de macro y micro nutrientes en las plantas, aumentando así la producción agrícola; actuando como promotores de crecimiento al corregir deficiencias de microelementos (7-9). La deficiencia de nutrientes disminuye no solo la productividad, crecimiento, desarrollo, rendimiento y calidad de los cultivos (10-12), sino también afecta la salud humana a través del consumo de alimentos con deficiencia de nutrientes (13-16). En este sentido, la utilización de micronutrientes nanoformulados para la liberación lenta o controlada de nutrientes estimularía el proceso de absorción por las plantas, promovería el crecimiento y la productividad de los cultivos y contribuiría también a mantener la salud del suelo (5, 17, 18).

En un estudio en invernadero exploraron el efecto de varias dosis de NPs de sulfato de potasio (K2SO4) sobre el crecimiento de alfalfa y la respuesta fisiológica bajo estrés salino. Se seleccionó un genotipo tolerante a la sal y un genotipo sensible a la sal en función de la germinación bajo sal y se plantaron en macetas que contenían 2 kg de arena. La mayor masa seca del brote, rendimiento relativo, longitud de la raíz y masa seca de la raíz en ambos genotipos se obtuvo al utilizar K2SO4NPs al nivel de 1/8. Las diferentes dosis de K2SO4NPs afectaron significativamente la relación Na/K y las concentraciones de Ca, P, Cu, Mn y Zn en el tejido vegetal. La aplicación de K2SO4NPs a una tasa de 1/8 mejoró la respuesta fisiológica de la planta al estrés salino, ya que redujo la fuga de electrolitos, aumentó el contenido de catalasa y prolina y aumentó la actividad de las enzimas antioxidantes. Estos resultados sugieren que la aplicación de KNPs puede tener una mejor eficiencia que los fertilizantes de K convencionales para proporcionar una nutrición adecuada de las plantas y superar los efectos negativos del estrés salino en la alfalfa (19).

Se compararon los efectos del carbonato de nano-calcio y carbonato de calcio coloidal y encontraron que los tratamientos de carbonato de nano-calcio eran mejor para aumentar el contenido de calcio cuando se rocía en hojas de Tankan (Citrus tankan Hayata) (20).

Por lo expuesto anteriormente, este trabajo tiene como objetivo evaluar el efecto de la aplicación foliar y en suelo de un nanofertilizante de calcio/magnesio sobre la productividad, el contenido de macronutrientes foliares y la calidad de la fruta de plantas de limón (Citrus limon L.), variedad 'Eureka'.

MATERIALES Y MÉTODOS

El ensayo se llevó a cabo durante las campañas 2017-2018, 2018-2019, en la localidad de Santa Rosa, Corrientes, Argentina, en un lote comercial establecimiento Doña Sara, georreferenciado en 28°14'26.0"S y 58°08'40.6"W.

El material experimental fue plantas de limón (Citrus limon L.) Burm var. 'Eureka' injertado sobre Lima Rangpur (C. limonia) Osbeck, combinación empleada comúnmente en la región. Se trabajó en un lote de ocho años de implantación, en suelo rojo amarillo podzólico, con una densidad de 285 plantas de limón ha-1, en un marco de plantación de 7 metros entre líneas por 5 metros entre plantas.

El diseño experimental utilizado fue bloques completos al azar, con cuatro repeticiones y cuatro plantas por parcela, siendo las plantas útiles las dos centrales donde se realizaron las mediciones. Los tratamientos evaluados se describen en la Tabla 1.

Tratamientos, forma de aplicación (suelo y foliar), dosis anual (2 y 4 litros por hectárea) y momentos de aplicación (diciembre, abril y marzo)
Tratamientos Forma de aplicación Dosis anual Momentos de aplicación
1 Suelo 2 Kg de CaMg(CO3)2 planta-1 50 % Diciembre y 50 % Abril
2 Foliar 2 L ha-1 50 % Diciembre y 50 % Abril
3 Foliar 4 L ha-1 50 % Diciembre y 50 % Abril
4 Suelo 2 L ha-1 50 % Diciembre y 50 % Abril
5 Suelo 4 L ha-1 50 % Diciembre y 50 % Abril

Los tratamientos 2, 3, 4 y 5 tienen aplicación de MIST-Ca/Mg®

Los productos que se aplicaron fueron Dolomita CaMg (CO3)2 convencional en polvo y MIST-Ca/Mg® que es una fuente de nanopartículas de Dolomita de alta pureza, y se presenta en una emulsión floable. Contiene 9,80 % Ca y 5,90 % Mg.

En el tratamiento 1 (Testigo), se particionó en dos momentos el agregado de 2 kg planta-1 de Dolomita convencional, 50 % en el mes de diciembre y 50 % en abril de cada año. Todas las plantas del ensayo fueron fertilizadas con un fertilizante compuesto 15-6-15-6, que aporta un 15 % (N)-6 % (P2O5)-15 % (K2O)-6 % (MgO), cuya aplicación fue a razón de 2 kg por planta (50 % en septiembre y 50 % en marzo de cada año).

Variables analizadas

A fin de evaluar el estado nutricional de las plantas, se tomaron muestras de hojas de 7 meses de edad en ramas fructíferas, provenientes de la brotación de primavera (marzo), en cada una de las plantas evaluadas para cada tratamiento en dos campañas consecutivas. Las mismas fueron desecadas en estufa a 60 - 65 °C hasta masa constante, molidas en molinillo tipo Willey de malla 20. Se determinaron las concentraciones de nitrógeno (N) por el método de Kjeldhal; fósforo (P) por el método Murphy-Riley, potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg) por espectrometría de absorción atómica (22).

El rendimiento, en kilos de frutas por planta, se avaluó sobre la totalidad de plantas útiles de cada parcela.

En el momento de la cosecha se tomaron 40 frutos al azar por parcela experimental para determinar los caracteres de calidad de los frutos, representados en las siguientes variables: diámetro ecuatorial (DE) en milímetros mediante calibre digital, porcentaje de jugo (PJ) = masa del jugo/masa de los frutos x 100, producción en kilogramos por planta (kg planta-1) (P), contenido de sólidos solubles totales (SST), acidez titulable (A) e índice de madurez (IM) = SST/A.

Las precipitaciones en mm de lluvia caída durante el tiempo de experimentación se presentan en la Tabla 2.

Cantidad de precipitaciones registradas en milímetros (mm) por campaña y por mes
Mes Campaña 2017-2018 Campaña 2018-2019
Agosto 68,0 68,0
Setiembre 96,0 91,0
Octubre 93,0 53,0
Noviembre 96,0 450,0
Diciembre 56,0 350,0
Enero 200,0 336,0
Febrero 90,0 76,0
Marzo 172,0 171,0
Abril 80,0 228
Mayo 50,0 165

Análisis estadístico

Para evaluar diferencias entre los tratamientos se realizaron análisis de la varianza (ANOVA) para el diseño correspondiente, incorporando el efecto año como un factor en el modelo estadístico y la prueba de comparación de medias de Duncan (α≤0,05). Previo al ANOVA, los datos fueron sometidos a las pruebas de normalidad, con el estadístico Shapiro-Wilks modificado (α≤0,05).

Luego se realizó un análisis de componentes principales (ACP), para evaluar el efecto del tratamiento sobre todas las variables evaluadas. Con las componentes principales se realizaron gráficos Biplot a modo de interpretar e identificar asociaciones entre observaciones (tratamientos) y variables en un mismo espacio. Todos los análisis se realizaron utilizando el software Infostat (21).

 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En general, en el primer año de estudio los niveles foliares de N se encontraron entre valores deficientes (˂2,30 %) y sin diferencias significativas, el P entre niveles bajos (0,10-0,12 %) los tratamientos 2, 3 y 5, con niveles óptimos el tratamiento 4 (0,13-0,15 %) y diferenciándose significativamente del resto de los tratamientos con valores altos (0,17-0,20 %) el tratamiento testigo. Los contenidos de K fueron óptimos para todos los tratamientos (0,71-1 %), excepto el tratamiento 2 que presentó valores significativamente bajos de K (0,50-0,70 %). Mientras que el Ca estuvo entre valores óptimos (3-5 %) en todos los tratamientos y Mg entre rangos óptimos (0,25-0,45 %) a altos (0,46-0,90 %), siendo el tratamiento 3 el que presentó niveles significativamente mayores de Mg respecto del testigo (Figura 1).

Concentraciones foliares de macronutrientes y error estándar en función de los tratamientos de fertilización en árboles de Limón ʹEurekaʹ, en Santa Rosa, Corrientes, Argentina, en el primer año de estudio Tratamientos: 1 Testigo; 2 Nano partículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 2 L ha-1 [vía foliar]; 3 Nano partículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 4 L ha-1 [vía foliar]; 4 Nano partículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 2 L ha-1 [aplicado al suelo]; 5 Nano partículas Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]. *Letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05). Test de Duncan (p≤0,05)

En el segundo año de estudio los contenidos de N fueron bajos (2,3-2,5 %) en los tratamientos 3 y 4, óptimos (2,51-2,80 %) en el tratamiento 2 y en exceso (˃3 %) en los tratamientos 1 y 5. Solo se ve diferencia significativa entre el tratamiento 4 y 5. Los niveles de P se encontraron entre valores bajos (0,10-0,12 %) a óptimos (0,13-0,16 %), el K entre niveles óptimos (0,71-1 %) a altos (˃1,30 %) y el Ca en niveles altos (5,10-6,50 %) sin diferencias significativas entre tratamientos, mientras que el Mg presentó valores altos (0,46-9 %), diferenciándose el tratamiento 1 del 2 y 5 (Figura 2).

La asociación del tratamiento 2 [Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 2 L ha-1 [vía foliar]] y 5 [Ca (9,8 %)-Mg (5,9 %) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]] y el contenido de Mg en planta se confirmó al corroborar que en estos tratamientos se observó un incremento significativo de este nutriente.

Concentraciones foliares de macronutrientes y error estándar en función de los tratamientos de fertilización en árboles de Limón ʹEurekaʹ, en Santa Rosa, Corrientes, Argentina, en el segundo año de estudio Tratamientos: 1 Testigo; 2 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 2 L ha-1 [vía foliar]; 3 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [vía foliar]; 4 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 2 L ha-1 [aplicado al suelo]; 5 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]. *Letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05). Test de Duncan (p≤0,05)

En la Figura 3 se muestra la representación gráfica del Análisis Componentes Principales (ACP) de las variables de calidad de los frutos. Se observan las componentes principales CP1 y CP2, que explican el 87,2 % de la variabilidad total. Los tratamientos 3 y 4, con aporte de 4 L ha-1 de nano partículas de Ca y Mg aplicado vía foliar, y con aporte de nano partículas de Ca y Mg en dosis de 2 L ha-1 aplicado al suelo respectivamente, presentaron mayor asociación con las variables de producción, diámetro ecuatorial y acidez del fruto; el testigo se asoció a las variables SST e IM; el tratamiento 5, con aporte de nano partículas de Ca y Mg en dosis de 4 L ha-1 aplicado al suelo se asoció al porcentaje de jugo; mientras que el tratamiento 2 con aporte de nano partículas de Ca y Mg 2 L ha-1 vía foliar no se asoció a ninguna variable. Cabe aclarar que las variables producción en kg planta-1 (P), sólidos solubles totales (SST) en grados Brix, acidez titulable en % (A) e índice de madurez (IM) no se diferenciaron significativamente entre tratamientos (Tabla 3).

La asociación del tratamiento 5 y el porcentaje de jugo se confirmaron al corroborar que en este tratamiento se observó un incremento significativo de esta variable respecto del tratamiento 4, a pesar de presentar los valores estadísticamente menores de diámetro ecuatorial del fruto (Tabla 3). El tratamiento 5 también presentó asociación con altos niveles de Mg foliar, nutriente que se le atribuye participación en el desarrollo de frutos, contribuyendo a la labor de la fructosa 1,6 difosfatasa, la cual regula la síntesis de almidón, factor que puede ser determinante en el nivel de azúcares y la calidad de los frutos (1).

El suministro constante de Ca y Mg nano particulado, que son absorbidos por la raíz en las aplicaciones al suelo y por las aperturas estomáticas en las aplicaciones foliares, se pueden luego transportar a diversos sitios de la planta por las rutas del xilema y el floema, (5) hecho que se corrobora con los resultados del segundo año de estudio, donde se manifiestan altas concentraciones de estos elementos en todos los tratamientos.

El transporte a larga distancia del Ca se realiza a través de vías de xilema/apoplasto desde la raíz hasta las partes superiores, y por parte de la fruta, la expansión de la misma también es un determinante para el flujo de entrada de savia que entrega Ca a la fruta (2,3), que es crucial para el desarrollo saludable de la misma.

Estudios indican que el contenido de Ca y tamaño de los frutos fue el más alto en Citrus reticulate cv. Shatangju y cv. Mashuiju, y los valores más bajos en las uvas Vitis vinifera cv. Summer black y cv. Shine Muscat. En cuanto al valor nutricional de Ca de las frutas de mesa, la concentración de Ca en la pulpa es más importante que el contenido de Ca en la fruta entera, que contiene tejidos no comestibles como piedras y piel coriácea. El níspero y los cítricos presentaron el mayor contenido de Ca en la carne y puede ser una buena fuente de nutrición cálcica (24).

Biplot resultante del Análisis de Componentes Principales (ACP) de las variables Diámetro ecuatorial (DE), porcentaje de jugo (PJ), producción en kilogramos por planta (kg planta-1) (P), contenido de sólidos solubles (SS), acidez (A) e índice de madurez (IM) en frutos de Limón ʹEutekaʹ para los cinco tratamientos probados en las campañas evaluadas

Valores de medias ± el error estándar por tratamiento de las variables de calidad: Producción en Kg planta<sup>-1</sup> (P), diámetro ecuatorial (DE) en milímetros (mm), porcentaje de jugo (PJ), sólidos solubles totales (SST) en grados Brix, Acidez titulable en % (A) e índice de madurez (IM)
Tratamiento P DE PJ SST A IM
1 1405, 75a 65,80 b 41,85ab 7, 55a 5, 60a 1, 35a
2 1320, 83a 63,60ab 39,45ab 7, 55a 5, 75a 1, 32a
3 1394,00a 64,73 b 41,90ab 7, 50a 5, 78a 1, 30a
4 1398,00a 66,10 b 36, 56a 7, 35a 5, 82a 1, 26a
5 1225, 53a 60a 43,42 b 7, 50a 5, 63a 1, 33a
EE 55,95 1,47 1,92 0,18 0,12 0,04

Tratamientos: 1 Testigo; 2 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%)2 L ha-1 [vía foliar]; 3 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [vía foliar]; 4 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 2 L ha-1 [aplicado al suelo]; 5 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]. *Letras distintas indican diferencias significativas. Test de Duncan (p≤0,05)

El Análisis de Componentes Principales (ACP) y Biplot de las variables nutricionales analizadas y la fertilización con nano partículas de Dolomita explicaron en dos componentes el 88,1 % de la asociación entre las variables. Las componentes principales 1 y 2 (CP 1, CP 2) representan el 58,8 % y el 29,3 % respectivamente, de la variación total (Figura 4).

Los tratamientos 2 [Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 2 L ha-1 [vía foliar]] y 5 [Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]], presentaron mayor asociación con la concentración de magnesio foliar, favoreciendo una acumulación de este nutriente en el tiempo, presentando valores óptimos(23), en el primer año de estudio (0,43 y 0,45 % de Mg respectivamente) a valores en exceso (˃0,90 %) y altos (0,46 - 0,90 %) en el segundo año (Figura 1 y 2). El tratamiento 1 (testigo) se asoció al contenido de Ca y P, mientras que los tratamientos 3 y 4 no se asociaron a ninguna variable.

Biplot resultante del Análisis Componentes Principales (ACP) de las variables nutricionales (macronutrientes) en Limón ʹEurekaʹ en los cinco tratamientos probados Tratamientos: 1 Testigo; 2 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%)2 L ha-1 [vía foliar]; 3 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [vía foliar]; 4 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 2 L ha-1 [aplicado al suelo]; 5 Nano partículas Ca (9,8%)-Mg (5,9%) 4 L ha-1 [aplicado al suelo]

CONCLUSIONES

El aporte de nanofertilizante de calcio y magnesio aplicado vía foliar con dosis de 2 L ha-1 y aplicado al suelo con dosis de 4 L ha-1 presentaron mayor asociación con la concentración de magnesio foliar, favoreciendo una acumulación de este nutriente en el tiempo, con valores óptimos en el primer año de estudio a valores en exceso y altos en el segundo año. También, se encontró asociación del tratamiento con aporte de nanofertilizante de Ca y Mg en dosis de 4 L ha-1 aplicado al suelo y el porcentaje de jugo de la fruta. Esto pone de manifiesto que el incremento de magnesio foliar tuvo efecto sobre, al menos, un parámetro de la calidad de la fruta en plantas de limón ʹEurekaʹ.

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CP 3400 Universidad Nacional del Nordeste Facultad de Ciencias Agrarias Universidad Nacional del Nordeste Corrientes 3400 Argentina Auhtor for correspondence: mariyfran077@hotmail.com

Conflict of interest: Authors declare that they have no conflict of interest.

Author contributions: Conceptualization- María de las Mercedes Yfran Elvira; Marco D. Chabbal Monzón. Research- María de las Mercedes Yfran Elvira; Marco D Chabbal Monzón; Analía B Píccoli Delbón; Laura I Giménez. Methodology- Laura I. Giménez. Supervision- María de las Mercedes Yfran Elvira. Initial draft writing, final writing and editing, and data curation- María de las Mercedes Yfran Elvira.

 ABSTRACT

Calcium and magnesium are essential elements in plant nutrition and there are currently fertilizers on the market made up of dolomite nanoparticles, which allow them to be incorporated into the soil or by foliar application. The objective of this work was to evaluate the incidence of calcium/magnesium nanofertilization on productivity, foliar nutrition and fruit quality of Eureka lemon. The following treatments were evaluated: 1: Control; 2: Nanoparticles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [foliar route]; 3: Nanoparticles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [foliar route]; 4: Nanoparticles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [applied to the soil]; 5 Nanoparticles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [applied to the soil]. It is in a Randomized Complete Block design with four replicates and four plants per replicate. Leaf samples were taken in March in two consecutive campaigns, determining concentrations of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium. At harvest, 40 fruits per experimental plot were selected, evaluating equatorial diameter, juice percentage, and production in kilograms per plant, content of total soluble solids, titratable acidity and maturity index. Calcium/magnesium nanofertilization applied via foliar 2 L ha-1 and applied to soil 4 L ha-1 were associated with foliar magnesium concentration, favoring an accumulation of this nutrient over time. The treatment with calcium/magnesium nanofertilizer in doses of 4 L ha-1 applied to the soil was significant in the percentage of fruit juice of ʹEurekaʹ lemon plants.

 Key words: Citrus limon foliar nutrition nanomaterials INTRODUCTION

The use of nanotechnology in agriculture favorably affects crop nutrition and protection. Calcium and magnesium are essential elements in plant nutrition (1) and they are being incorporated into the fertilizer market in high purity Dolomite nanoparticles.

Calcium (Ca) forms an important part of the cell membrane constitution and accumulates between the cell wall and the middle lamella, where it interacts with pectic acid to form calcium pectate, which confers stability and maintains cell integrity (1-3). This nutrient acts as a cementing agent of cells, is closely related to meristematic activity, influences the regulation of enzymatic systems, the activity of phytohormones and increases tissue resistance to pathogens, increasing postharvest shelf life and nutritional quality (4). Symptoms of deficiency appear in leaves that have not reached their final size (stage 1:15 according to BBCH scale (5), plants in general lose vigor and fruits show splitting of the rind or splitting (1).

A constant supply of Ca absorbed by the root and transferred to the fruit is crucial for healthy fruit development. Long-distance transport of Ca is via xylem/apoplast pathways from the root to the upper parts, and in the case of fruit Ca uptake, fruit expansion is also a determinant for sap inflow that delivers Ca to the fruit (2,3,5).

Magnesium (Mg) in plant cells plays a specific role as an activator of enzymes involved in respiration, photosynthesis, and DNA and RNA synthesis. It is also part of the chlorophyll molecule. Mg is attributed to participate in fruit development, contributing to the work of fructose 1.6 diphosphatase, which regulates starch synthesis, a factor that can be a determining factor in the level of sugars and fruit quality. The lack of this mineral element is manifested by a yellowing of the leaf, which does not reach the entire surface, leaving a green filled V, with its apex pointing towards the apex of the leaf. Given the mobility of this element in the plant, the affected leaves are the oldest ones (1).

Nanomaterials or nanoparticles (NPs), are materials of very small dimensions (less than 100 nanometers) with an order of magnitude of 10-9 m. This group of materials includes several NPs (Zn, Fe, Ca, Mg, Cu, Ag, etc.), many of which have great potential for sustainable agriculture and reducing environmental impact (5,6).

Nanofertilizers address the issue of agriculture as a solution regarding the absorption of macro and micronutrients in plants, thus increasing agricultural production; acting as growth promoters by correcting deficiencies of microelements (7-9). Nutrient deficiency decreases not only crop productivity, growth, development, yield and quality (10-12), but also affects human health through the consumption of nutrient-deficient foods (13-16). In this sense, the use of nanoformulated micronutrients for the slow or controlled release of nutrients would stimulate the absorption process by plants, promote crop growth and productivity, and also contribute to maintaining soil health (5, 17,18).

In a greenhouse study, they explored the effect of various doses of potassium sulfate (K2SO4) nanoparticles (NPs) on alfalfa growth and physiological response under salt stress. A salt-tolerant genotype and a salt-sensitive genotype were selected based on germination under salt and planted in pots containing 2 kg of sand. The highest shoot dry weight, relative yield, root length, and root dry weight in both genotypes were obtained when using K2SO4NPsat the 1/8 level. The different doses of K2SO4NPssignificantly affected the Na/K ratio and the concentrations of Ca, P, Cu, Mn and Zn in plant tissue. Application of K2SO4NPsat a rate of 1/8 improved plant physiological response to salt stress by reducing electrolyte leakage, increasing catalase and proline content, and increasing antioxidant enzyme activity. These results suggest that the application of KNPs may have better efficiency than conventional K fertilizers in providing adequate plant nutrition and overcoming the negative effects of salt stress in alfalfa (19).

They compared the effects of nano-calcium carbonate and colloidal calcium carbonate and found that nano-calcium carbonate treatments were better at increasing calcium content when sprayed on Tankan(Citrus tankan Hayata) leaves (20).

Therefore, this work aims to evaluate the effect of foliar and soil application of a calcium/magnesium nanofertilizer on productivity, foliar macronutrient content and fruit quality of lemon plants (Citrus limon L.) variety 'Eureka'.

 MATERIALS AND METHODS

The trial was carried out during the 2017-2018, 2018-2019 seasons in the locality of Santa Rosa, Corrientes, Argentina in a commercial lot Doña Sara establishment, georeferenced at 28°14'26.0 "S and 58°08'40.6 "W.

The experimental material was lemon plants (Citrus limon L.) var. 'Eureka' grafted on Rangpur lime (C. limonia), a combination commonly used in the region. It was worked in an eight-year old plot, in red yellow podzolic soil, with a density of 285-lemon plants ha-1, in a planting frame of 7 meters between rows and 5 meters between plants.

The experimental design used was a randomized complete block design, with four replications and four plants per plot, the useful plants being the two central ones where the measurements were taken. The treatments evaluated are described in Table 1.

Treatments, form of application, doses (2 and 4 liters per hectare and per year both to the soil and foliar) and times of application (December, April and March)
Treatments Application form Annual dose Application time
1 Soil 2 Kg de CaMg(CO3)2 Pt-1 50 % December and 50 % April
2 Foliar 2 L ha-1 50 % December and 50 % April
3 Foliar 4 L ha-1 50 % December and 50 % April
4 Soil 2 L ha-1 50 % December and 50 % April
5 Soil 4 L ha-1 50 % December and 50 % April

Treatments 2, 3, 4, 5 and 6 have MIST-Ca/Mg® application

The products applied were conventional powdered Dolomite CaMg (CO3)2 and MIST-Ca/Mg® which is a source of high purity dolomite nanoparticles, and is presented in a floatable emulsion. It contains 9.80 % Ca and 5.90 % Mg.

In treatment 1 (Control), the addition of 2 kg Pt-1 of conventional dolomite was split in two moments, 50 % in December and 50 % in April of each year. All the plants in the trial were fertilized with a compound fertilizer 15-6-15-6, providing 15 % (N)-6 % (P2O5)-15 % (K2O)-6 % (MgO), applied at a rate of 2 kg per plant (50 % in September and 50 % in March of each year).

Variables analyzed

In order to evaluate the nutritional status of the plants, leaf samples were taken at 7 months of age from fruiting branches, coming from spring sprouting, in March in each of the plants evaluated for each treatment in two consecutive seasons. The leaves were dried in an oven at 60 - 65 °C until constant weight, ground in a 20-mesh Willey type grinder. Nitrogen (N) concentrations were determined by the Kjeldhal method; phosphorus (P) by the Murphy-Riley method, potassium (K), calcium (Ca) and magnesium (Mg) by atomic absorption spectrometry (22).

Yields, measured in kilograms of fruit per plant, were taken on the total number of useful plants in each plot.

At harvest time, 40 fruits were taken at random per experimental plot to determine fruit quality traits, in which the following variables were determined: equatorial diameter (ED) in millimeters by digital caliper, juice percentage (PJ) = juice mass/fruit weight x 100, production in kilograms per plant (kg plant-1) (P), total soluble solids content (TSS), titratable acidity (A), and maturity index (MI) = TSS/A.

Precipitation in mm of rainfall during the experimental period is presented in Table 2.

Amount of precipitation recorded in millimeters (mm) per season and per month
Month Campaign 2017-2018 Campaign 2018-2019
August 68.0 68.0
September 96.0 91.0
October 93.0 53.0
November 96.0 450.0
December 56.0 350.0
January 200.0 336.0
February 90.0 76.0
March 172.0 171.0
April 80.0 228
May 50.0 165

Statistical analysis

To evaluate differences between treatments, analysis of variance (ANOVA) was performed for the corresponding design, incorporating the year effect as a factor in the statistical model and Duncan's test (α≤0.05). Prior to ANOVA, the data were subjected to normality tests, with the modified Shapiro-Wilks statistic (α≤0.05).

A principal component analysis (PCA) was then performed to evaluate the effect of the treatment on all the variables evaluated. Biplot plots were made with the principal components in order to interpret and identify associations between observations (treatments) and variables in the same space. All analyses were performed using Infostat software (21).

 RESULTS AND DISCUSSION

In general, in the first year of study, foliar N levels were between deficient values (˂2.30 %) and without significant differences, P between low levels (0.10-0.12 %) in treatments 2, 3 and 5, with optimum levels in treatment 4 (0.13-0.15 %) and significantly different from the rest of the treatments with high values (0.17-0.20 %) in the control treatment. K contents were optimal for all treatments (0.71-1 %), except for treatment 2, which presented significantly low K values (0.50-0.70 %). Ca was between optimum values (3-5 %) in all treatments and Mg between optimum (0.25-0.45 %) and high (0.46-0.90 %) ranges, being treatment 3 the one that presented significantly higher levels of Mg with respect to the control (Figure 1).

Foliar concentrations of macronutrients and standard error as a function of fertilization treatments in Lemon ʹEurekaʹ trees, in Santa Rosa, Corrientes, Argentina, in the first year of study Treatments: 1 Control; 2 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [via foliar]; 3 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [via foliar]; 4 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [soil-applied]; 5 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [soil-applied]. *Different letters indicate significant differences (p≤0.05). Duncan's test (p≤0.05)

In the second year of study, N contents were low (2.3-2.5 %) in treatments 3 and 4, optimal (2.51-2.80 %) in treatment 2 and in excess (˃3 %) in treatments 1 and 5. Only significant difference is seen between treatment 4 and 5. P levels were found between low (0.10-0.12 %) to optimum (0.13-0.16 %), K between optimum (0.71-1 %) to high (˃1.30 %) and Ca at high levels (5.10-6.50 %) with no significant differences between treatments, while Mg presented high values (0.46-9 %) differentiating treatment 1 from 2 and 5 (Figure 2).

The association between treatment 2 [Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [foliar application]] and 5 [Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [applied to the soil]] and the Mg content in the plant was confirmed by corroborating that a significant increase in this nutrient was observed in these treatments (Figure 4).

Foliar macronutrient concentrations and standard error as a function of fertilization treatments in Lemon ʹEurekaʹ trees, in Santa Rosa, Corrientes, Argentina, in the second year of study Treatments: 1 Control; 2 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [via foliar]; 3 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [via foliar]; 4 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [soil applied]; 5 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [soil applied]. *Different letters indicate significant differences (p≤0.05). Duncan's test (p≤0.05)

Figure 3 shows the graphical representation of the Principal Component Analysis (PCA) of the fruit quality variables. The principal components PC1 and PC2 are observed, which explain 87.2% of the total variability. Treatments 3 and 4, with 4 L ha-1 of Ca and Mg nanoparticles applied by foliar application, and with Ca and Mg nanoparticles in doses of 2 L ha-1 applied to the soil, respectively, showed a greater association with the yield, equatorial diameter and fruit acidity variables; the control was associated with the variables TSS and MI; treatment 5, with Ca and Mg nanoparticles at a dose of 4 L ha-1 applied to the soil, was associated with the percentage of juice; while treatment 2, with Ca and Mg nanoparticles 2 L ha-1 via foliar, was not associated with any variable. It should be noted that the variables production in kg plant-1 (P), total soluble solids (TSS) in Brix, titratable acidity in % (A) and maturity index (MI) did not differ significantly among treatments (Table 3).

The association between treatment 5 and juice percentage was confirmed by corroborating that in the treatment a significant increase in this variable was observed in the samples evaluated, in spite of presenting statistically lower values of fruit equatorial diameter. Treatment 5 also presented association with high levels of foliar Mg, nutrient that is attributed participation in the development of fruits, contributing to the work of fructose 1,6 diphosphatase, which regulates the synthesis of starch, factor that can be determinant in the level of sugars and the quality of fruits (1).

The constant supply of nanoparticulate Ca and Mg, which are absorbed by the root in soil applications and by stomatal openings in foliar applications, can then be transported to various sites of the plant through the xylem and phloem routes (5). A fact that is corroborated by the results of the second year of the study, where high concentrations of these elements were found in all treatments.

Long distance transport of Ca is through xylem/apoplast pathways from the root to the upper parts, and on the fruit side, fruit expansion is also a determinant for sap inflow that delivers Ca to the fruit (2,3), which is crucial for healthy fruit development.

Studies indicate that Ca content and fruit size were the highest in Citrus reticulate cv. Shatangju and cv. Mashuiju, and the lowest values in grapes (Vitis vinifera cv. Summer black and cv. Shine Muscat. Regarding the Ca nutritional value of table fruits, the Ca concentration in the pulp is more important than the Ca content in the whole fruit, which contains inedible tissues such as stones and leathery skin. Loquat and citrus fruits presented the highest Ca content in the flesh and they can be a good source of calcium nutrition (24).

Biplot resulting from the Principal Component Analysis (PCA) of the following variables Equatorial diameter (ED), juice percentage (PJ), yield in kilograms per plant (kg plant-1) (P), soluble solids content (SS), acidity (A) and maturity index (MI) in ʹEutekaʹ lemon fruit for the five treatments tested in the seasons evaluated

Mean values ± standard error, by treatment of the quality variables: Production in Kg plant<sup>-1</sup> (P), equatorial diameter (ED) in millimeters (mm), percentage of juice (PJ), total soluble solids (TSS) in Brix degrees, titratable acidity in % (A) and maturity index (MI)
Treatment P ED PJ TSS A MI
1 1405.75a 65.80 b 41.85ab 7.55ª 5.60a 1.35a
2 1320.83a 63.60ab 39.45ab 7.55ª 5.75a 1.32a
3 1394.00a 64.73 b 41.90ab 7.50ª 5.78a 1.30a
4 1398.00a 66.10 b 36.56a 7.35ª 5.82a 1.26a
5 1225.53a 60a 43.42 b 7.50ª 5.63a 1.33a
EE 55.95 1.47 1.92 0.18 0.12 0.04

Treatments: 1 Control; 2 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [via foliar]; 3 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [via foliar]; 4 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [soil applied]; 5 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [soil applied]. *Different letters indicate significant differences (p≤0.05). Duncan's test (p≤0.05)

The Principal Component Analysis (PCA) and Biplot of the nutritional variables analyzed and the fertilization with dolomite nanoparticles explained 88.1 % of the association between the variables in two components. Principal Components 1 and 2 (PC 1, PC 2) accounted for 58.8 and 29.3 %, respectively, of the total variation (Figure 4).

Treatments 2 [Ca (9.8 %)-Mg (5.9 ha %) 2 L ha-1 [via foliar]] and 5 [Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [applied to the soil]], presented greater association with foliar magnesium concentration. It favors an accumulation of this nutrient over time, presenting optimum values (23), in the first year of study (0.43 and 0.45 % Mg respectively) to values in excess (˃0.90 %) and high (0.46 - 0.90 %) in the second year (Figure 1 and 2). Treatment 1 (control) was associated with Ca and P content, while treatments 3 and 4 were not associated with no variable.

Biplot resulting from the Principal Component Analysis (PCA) of the nutritional variables (macronutrients) in Lemon ʹEurekaʹEurekaʹ in the five treatments tested Treatments: 1 Control; 2 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [foliar]; 3 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [foliar]; 4 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 2 L ha-1 [soil applied]; 5 Nano particles Ca (9.8 %)-Mg (5.9 %) 4 L ha-1 [soil applied]

CONCLUSION

The contribution of calcium and magnesium nanofertilizer applied via foliar at a dose of 2 L ha-1 and applied to the soil at a dose of 4 L ha-1 showed a greater association with the concentration of foliar magnesium, favoring an accumulation of this nutrient over time. It is with optimal values in the first year of the study and high values in excess and high values in the second year. An association was also found between the treatment with Ca and Mg nanofertilizer at a dose of 4 L ha-1 applied to the soil and the percentage of fruit juice. The increase in foliar magnesium had an effect on at least one parameter of fruit quality in ʹEurekaʹ lemon plants.