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INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN “EXTRACCIÓN SECUENCIAL Y CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE SUSTANCIAS
HÚMICAS Y SU EFECTO SOBRE EL CRECIMIENTO DEL TRIGO” REGISTRO ASIGNADO POR LA SIP 20070864
Resumen El compostaje de los residuos sólidos orgánicos es un caso particular del fenómeno de humificación, proceso natural microbiológico mediante el cual la materia orgánica se transforma en humus rico en Sustancias Húmicas (SH). La extracción, aislamiento y purificación de los componentes húmicos en general, se lleva a cabo sobre la base de su solubilidad en soluciones acuosas a pHs diferentes. Actualmente se extraen con soluciones de NaOH y Na4P2O7; sin embargo, las extracciones secuenciales mediante el empleo de diferentes soluciones resultan en mejores rendimientos. Las propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas de estas macromoléculas orgánicas son: color, composición química, contenido de grupos funcionales reactivos, estructura, aromaticidad, alifaticidad, contenido de ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) y huminas (Hm), pH, delta-pH, Punto de Carga Cero (PCC), Potencial Eléctrico Superficial, Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC), relaciones C/N y E4/E6, entre otras. Se pretende analizar estas propiedades y características de las sustancias húmicas, ya que influyen sobre el comportamiento animal y el crecimiento y desarrollo de los cultivos. En este proyecto se plantea inicialmente trabajar con el cultivo de trigo puesto que es de especial interés conocer su respuesta a diferentes tratamientos a base de sustancias húmicas inoculadas en la semilla o asperjadas foliarmente, por ser de importancia económica no solo en la región sino a nivel nacional. INTRODUCCIÓN En las últimas décadas la agricultura orgánica ha adquirido importancia debido a
que los países importadores de los productos agrícolas mexicanos exigen que éstos
estén libres de sustancias contaminantes y microorganismos patógenos para el
hombre.
Una alternativa al uso de fertilizantes químicos sintéticos es la aplicación de
abonos orgánicos producidos a través del compostaje de los residuos sólidos
orgánicos, que son una fuente de energía para los microorganismos del suelo, y
cuando se someten a un proceso humificativo, generan sustancias húmicas que
mejoran la estructura del suelo y su nivel de fertilidad (Zaman et al., 2002; Swift,
2001; Alloush et al. 2000; Chen y Inbar, citados por Genevini et al. 2002a).
Un compost es un material orgánico, estabilizado y humificado, que ha pasado por
un proceso de transformación microbiológica donde han intervenido diversas
especies de hongos y bacterias (Adani et al. 1997; Morten et al. 2001; Riahi, 2001),
las cuales, al degradar las moléculas hidrocarbonadas, dan lugar a la formación de
componentes humificados supramoleculares constituidos por asociaciones de
moléculas húmicas que tienen grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, cuyas
interacciones con las arcillas del suelo modifican sus condiciones físicas (Piccolo,
2002), al formar microagregados limosos (Clapp and Hayes, 1999); con lo que
mejoran la aireación, incrementan la capacidad de retención de agua, y retienen
parte del C en la biomasa del suelo (Lal, 2002; Piccolo 2002).
Lee et al. (2002), analizaron los trabajos de varios autores, señalaron que la
relación C/N < 12 del compost, indica que llegó a su madurez.; cuando un compost
tiene una relación C/N = ½ de la relación C/N del material original, es un indicador
de que llegó a su madurez.
Genevini et al. (2002), sobre la base de hallazgos recientes relacionados con la
existencia de ácidos parahúmicos y sus núcleos, sugieren que los composts frescos
potencialmente contienen la misma cantidad de materia orgánica humificada que
los maduros y, por tanto, tienen el mismo valor agronómico; consideran que un
mes de compostaje es suficiente para desintegrar la materia orgánica fácilmente
degradable, aunque los materiales semicomposteados son desfavorables porque
generan compuestos fitotóxicos y fijan N (Lee et al., 2002,. Inbar. et al. citados por
Genevini et al. (2002a).
Debido a su contenido de sustancias húmicas, los composts liberan algunos
elementos esenciales para las plantas (N, P y S); tienen alta capacidad de
intercambio catiónico, interactúan con elementos metálicos, y tienen algunos
efectos específicos sobre las plantas, al estimular su metabolismo (Senesi y
Loffredo, 1999; Benediti et al., 1994).
Los ácidos húmicos incrementan la movilidad del fósforo y estimulan la síntesis de
aminoácidos; existe controversia, pues al parecer, cuando se aplican los ácidos
húmicos al suelo, se inhibe la actividad de la enzima glutamato deshidrogenasa
(Biondi et al. 1994).
Abou-Hadid et al. (2001), estudiaron el efecto de composts sobre el contenido de
macronutrimentos y productividad de pepino; encontraron que sus tallos
aumentaron el nivel de N y K; y el del P se incrementó hasta dos años después de la
aplicación.
Zachariakis et al. (2001), estudiaron los efectos de las sustancias húmicas sobre el
crecimiento de las plantas y la acumulación nutrimental en raíces de vid;
encontraron que las sustancias húmicas favorecieron el crecimiento de las plantas
comparadas con las plantas no tratadas. La presencia de sustancias húmicas alteró
el contenido nutrimental de hojas y raíces; los niveles de P y K en hojas y raíces se
incrementó significativamente en la línea 41B comparado con las plantas no
tratadas, pero no hubo cambios en la línea R110. El contenido de Fe y Mn se
incrementó en las raíces de ambas líneas; el contenido de Mn y Zn se incrementó
en las hojas de ambas líneas.
Objetivos
1. Conocer las características químicas y fisicoquímicas de las sustancias húmicas obtenidas de composts de calidades distintas mediante una extracción secuencial con soluciones diferentes
2. Evaluar el comportamiento del cultivo de trigo al inocular sus semillas con
sustancias húmicas con buenas características fisicoquímicas
MATERIALES Y MÉTODOS
Para llevar a cabo el presente trabajo de investigación se emplearon los composts derivados de: paja de trigo, rastrojo de maíz, basura doméstica y estiércol de bovino. El proceso de compostaje consistió inicialmente en enfriamientos por medio de humedecimientos y aireaciones semanales de los materiales utilizados. Este manejo necesario para la humificación se realizó durante 6 meses, al final de los cuales se obtuvo un material con características excelentes para la aplicación como abonos orgánicos en la producción de cultivos. Una vez preparados los composts, se procedió a tomar muestras representativas de cada uno para posteriormente caracterizarlos tanto química como fisicoquímicamente. Cada una de las muestras se secó, a continuación se molió y tamizó por una malla de 1mm. Posteriormente, se les determinó:
• pH en una suspensión suelo/agua • pH en una suspensión potásica suelo/KCl 1N • ∆pH = pHH2O – pHKCl • Contenido de ácidos húmicos por el método propuesto por Kononova (1966) • Contenido de ácidos fúlvicos por diferencia • Relación de densidades ópticas (E4/E6)
Una vez caracterizados los materiales, se procedió a establecer el experimento de invernadero en el cual se aplicaron los tratamientos 0, 100, 200, 400 y 800 ppm de ácidos húmicos a los contenedores con el sustrato (suelo); a continuación se sembró la semilla de trigo; para asegurar la germinación se regó a capacidad de campo al inicio; posteriormente, cada tercer día. RESULTADOS En el cuadro 1 se encuentran los datos referentes a pHs en suspensión acuosa y en suspensión de KCl, así como sus respectivos ΔpHs Cuadro 1. pH EN AGUA Y EN KCl de los ácidos húmicos de los materiales
estudiados
ORIGEN DE LOS ÁCIDOS
HÚMICOS
pH EN AGUA
pH EN CLORURO DE
POTASIO
ΔpH
Rastrojo de
maíz (R)
2.375
2.052
- 0.321
Paja de Trigo
(T)
2.236
2.156
- 0.08
Restos de Fruta (B)
2.294
2.253
- 0.041
Estiércol de bovino (E)
2.250
1.190
- 0.034
El pH medido en agua indica la concentración de H+ de la solución, en tanto
que medido en KCl indica la concentración de H+ de la solución más la de las
sustancias húmicas; su diferencia es igual al ∆pH, que es una expresión
fisicoquímica indicativa del tipo de carga que lleva el coloide húmico en el
compost; en este caso se puede observar que la carga es negativa (Cuadro 3), lo
cual hace sugerir que los diferentes materiales composteados tienen una alta
capacidad de intercambio catiónico, que se traduce en composts de excelente
calidad.
El ∆pH manifestó su mayor intensidad en los ácidos húmicos generados del
rastrojo de maíz, indicando que estos coloides contienen una gran cantidad de
cargas negativas, lo que hace sugerir que su capacidad de intercambio
catiónico es alta, traduciéndose en materiales que tienen una gran influencia
sobre la estructura del suelo.
Una de las características de mayor trascendencia de los ácidos húmicos es el
índice E4/E6 que es la relación de absorbancias 465 nm/665 nm es un parámetro
importante, pues indica una relación inversa entre el grado de humificación y
el de condensación de sus anillos alifáticos y aromáticos.
El comportamiento de la relación E4/E6 de los ácidos húmicos de los composts,
siguió una tendencia descendente conforme se avanzó del rastrojo de maíz hasta el
estiércol (Cuadro 2).
Cuadro 2. Relación de densidades E4/E6 ópticas de los ácidos húmicos derivados de los materiales estudiados.
ORIGEN DE LOS ÁCIDOS
HÚMICOS
E4
E6
E4/E6
RASTROJO (R)
0.162
0.373
0.434
RESTOS DE FRUTA (B)
0.330
0.658
0.501
PAJA DE TRIGO (T)
0.165
0.432
0.382
ESTIERCOL (E)
0.285
0.748
0.381
Los ácidos húmicos generados por la paja de trigo y el estiércol de bovino, a los 6
meses de humificación tienen una alta proporción de moléculas aromáticas de alto
tamaño y peso molecular , pues de acuerdo a Kononova et al. (1966), la absorción
de la luz de los ácidos húmicos depende directamente del grado de condensación de
sus anillos aromáticos, y una baja relación E4/E6 indica alto grado de condensación
de constituyentes húmicos aromáticos; inversamente, alta relación E4/E6 indica
bajo grado de condensación aromática; y según Chen et al. (1977), una relación
E4/E6 baja está asociada con tamaños moleculares, pesos moleculares y contenidos
de carbono (C) altos, pero con contenidos de oxígeno (O), grupos carboxílicos y
acidez total bajos.
En el cuadro 3 se muestran los datos referentes a contenido de cenizas de
sustancias húmicas de los materiales estudiados.
Cuadro 3. Contenido de cenizas y sustancias húmicas en los composts de los materiales estudiados.
MUESTRA CENIZAS AH AF RASTROJO (R) 65.22% 20.61% 14.17% ESTIERCOL (E) 71.71% 15.79% 12.5%
RESTOS DE FRUTA (B)
47.33% 23.65% 29.02 %
PAJA DE TRIGO (T)
54.21% 15.05% 30.74 %
Secuencia seguida para la extracción de los ácidos húmicos
Foto 1. Materiales en reposo después de la agitación con la solución extractante (el líquido sobrenadante contiene las sustancias húmicas)
Foto 2. Ácidos húmicos extractados con pirofosfato de sodio
Foto 3. Ácidos húmicos extractados con los materiales:
• De derecha a izquierda • Compost de rastrojo de maíz • Compost de paja de trigo • Compost de estiércol • Compost de basura
Foto 4. Proceso de liofilización de los ácidos húmicos
De diferente origen
Los resultados de invernadero indicaron que no hay respuesta de la aplicación de ácidos húmicos
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