EFECTO DE LAS FUENTES ORGÁNICAS OBTENIDAS DE LOS...
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EFECTO DE LAS FUENTES ORGÁNICAS OBTENIDAS DE LOS SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE AZÚCAR (Saccharum officinarum L) Y EL PLÁTANO (Musa spp.) SOBRE LA ACTIVIDAD MICROBIANA Y ENZIMÁTICA EN EL SUELO CLAUDIA ALEJANDRA SALAMANCA ROMERO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS PALMIRA VALLE 2008 SEDE PALMIRA
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EFECTO DE LAS FUENTES ORGÁNICAS OBTENIDAS DE LOS
SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE AZÚCAR
(Saccharum officinarum L) Y EL PLÁTANO (Musa spp.) SOBRE LA
ACTIVIDAD MICROBIANA Y ENZIMÁTICA EN EL SUELO
CLAUDIA ALEJANDRA SALAMANCA ROMERO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
PALMIRA VALLE
2008
SEDE PALMIRA
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EFECTO DE LAS FUENTES ORGÁNICAS OBTENIDAS DE LOS
SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE AZÚCAR
(Saccharum officinarum L) Y EL PLÁTANO (Musa spp.) SOBRE LA
ACTIVIDAD MICROBIANA Y ENZIMÁTICA EN EL SUELO
CLAUDIA ALEJANDRA SALAMANCA ROMERO
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el
título:
Master en Ciencias Agrarias Con Énfasis en Suelos
Director.
RAUL MADRIÑAN MOLINA
I.A. Ph. D. Profesor asociado.
Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
SEDE PALMIRA
2008
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DEDICATORIAS Dedico este proyecto a Dios por ser quien ha estado a mi lado en todo
momento dándome las fuerzas necesarias para continuar luchando día
tras día y seguir adelante rompiendo todas las barreras que se me
presenten.
A mi mamá porque gracias a ella soy quien soy hoy en día, siempre me
ha dado ese cariño y calor humano necesario, ha velado por mi salud, mis
estudios y entre muchas otras cosas que no terminaría de escribir.
Le agradezco al Profesor Raul Madriñan Molina quien dirigió este
proyecto y quien a sido como un padre para mí, siempre escuchando y
aconsejando, dando regaños, compartiendo tristezas y alegrías de las
cuales estoy muy segura que las ha hecho con todo el amor del mundo
para formarme como una persona integral y de las cuales me siento
extremadamente orgullosa.
Le agradezco a mi gran amiga y compañera Diana Maria Delgado quien
siempre estuvo a mi lado, ayudandome a culminar con éxito este
proyecto, compartiendo todos esos secretos, aventuras y estando alerta
ante cualquier problema que se me pudiese presentar.
A Nubia Rodriguez, Maria Isabel Moreno y Marco Tulio Alvarez por estar
siempre dandome su apoyo profesional y emocional en aquellos
momentos en los que se me derrumbaba el mundo.A el Ingeniero Roberto
Cortes por su colaboración desinteresada, un hombre brillante que sin su
conocimiento y ayuda, no hubiera podido realizar algunas
determinaciones .
iii
“La facultad y los jurados no se hacen responsables de las ideas emitidas por los autores de la misma”
Artículo 24, Resolución 04 de 1974
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RESUMEN En Colombia y en especial en departamentos como el Valle del Cauca, se
ha afianzado la producción de caña de azúcar y plátano, convirtiéndose
en un departamento pionero en la producción y procesamiento de dichos
cultivos. En el contexto nacional se estima que aproximadamente 172.000
Has son cultivadas con caña de azúcar y 17.130 Has en plátano, estos
cultivos generan volúmenes importantes de subproductos como Cachaza,
Bagazo, Vinazas y Raquis, que se han convertido en riesgo e impacto
ambiental negativo.
Es por ello que este proyecto busco opciones para el uso y manejo
eficiente de estos subproductos agroindustriales antes citados y su
influencia sobre las propiedades biológicas y bioquímicas del suelo,
como en la proliferación de microorganismos productores de enzimas.
Los tratamientos que se emplearon fueron: Lixiviado de raquis 10 m3/ha,
Vinaza 50 m3/ha, Cachaza 40 ton/ha, Bagazo14 ton/ha– cachaza 26
ton/ha – vinaza 25 m3/ha, Bagazo14 ton/ha– cachaza 26 ton/ha – 5 m3/ha,
Bagazo 14 ton/ha - cachaza 26 ton/ha, Testigo convencional (compost
Ingenio Providencia) y Testigo Absoluto.
Como el trabajo fue orientado fundamentalmente a determinar la actividad
y biomasa microbiana, así como la actividad enzimática de la nitrogenasa
y ureasa, se demostró que estas variables en estudio fueron afectadas
por el tipo de tratamiento empleado.
Al comparar la actividad bioquímica obtenida por la utilización de los
residuos orgánicos con el compost en evaluación, se pudo observar que
es posible reducir costos de infraestructura empleada para la fabricación
v
de dicho compost, obteniendo iguales o mejores resultados, es decir,
que si es posible reducir la cantidad de fertilizantes convencionales
empleados para nutrir los cultivos de caña de azúcar en el Valle del
Cauca, aplicando los residuos sin un proceso de compostaje.
Además, ante la creciente demanda de abonos orgánicos en el país, se
hace necesario contar con información tan valida como la obtenida en
este trabajo, acerca de la forma de acción de enzimas bacterianas y del
efecto que en el tiempo y el espacio, tienen sobre las propiedades físicas,
químicas y biológicas de los suelos.
Es por ello que este estudio contribuye a consolidar en concepto de
“Agricultura Sostenible” entendido este como el manejo efectivo de los
recursos biológicos, físicos, químicos y sociales, que permita satisfacer
las necesidades cambiantes de la sociedad mientras se mantiene o
mejora la base de ellos y se evita la degradación ambiental.
Palabras clave: Bagazo, Cachaza, Vinaza, Raquis, Actividad microbiana,
biomasa microbiana, actividad ureasa, Actividad Nitrogenasa.
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ABSTRACT
In Colombia and especially in departments such as the Valle del Cauca,
has strengthened the production of sugar cane and bananas, becoming a
pioneer in the production department and processing of such crops. In the
national context it is estimated that approximately 172,000 you are
cultivated with sugar cane and bananas 17,130 you in these crops
generate large volumes of products such as filter cake, bagasse, vinasse
and Spine, which have become negative environmental impact and risk.
That is why this project looking for options to use and efficient
management of these agro-products mentioned above and their influence
on the biochemical and biological properties of soil, as in the proliferation
of microorganisms producing enzymes.
The treatments that were used were: 10 m3/ha Lixiviado of spinal column,
Vinaza 50 m3/ha, filter cake 40 tons / ha, Bagazo14 ton/ha- filter cake 26
tons / ha - 25 vinaza m3/ha, Bagazo14 ton/ha- filter cake 26 tonnes / ha -
5 m3/ha, Bagasse 14 tons / ha - filter cake 26 tons / ha, conventional
Witness (compost Ingenio Providencia) and Witness Absolute.
As the work was geared primarily to determine the activity and microbial
biomass and enzyme activity of urease and nitrogenasa was
demonstrated that these variables in the study were affected by the type of
treatment used.
vii
When comparing the biochemical activity obtained by the use of organic
waste into compost with the assessment, it was noted that it is possible to
reduce infrastructure costs used for the manufacture of this compost,
getting equal or better results, that is, if possible reduce the amount of
conventional fertilizer used to nourish the crops of sugarcane in the Valle
del Cauca, applying the waste without a composting process.
Furthermore, in response to rising demand for organic fertilizers in the
country, it's necessary to have information as valid as the one obtained in
this work, on how to bacterial action of enzymes and the effect that in time
and space, are on the physical, chemical and biological properties of soil.
That is why this study helps to consolidate the concept of "Sustainable
Agriculture" understood this as the effective management of biological
resources, physical, chemical and social rights, to meet the changing
needs of society while maintaining or improving the basis of themselves
and avoiding environmental degradation.
Keywords: bagasse, filter cake, viñaza, Rachis, microbial activity,
biomass microbial activity, urease activity Nitrogenasa.
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TABLA DE CONTENIDO
Pag.
INTRODUCCION 1
1. JUSTIFICACIÓN 2
2. OBJETIVOS 3
2.1 OBJETIVO GENERAL 3
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3
3. ESTADO DEL ARTE 4
3.1 FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITRÓGENO 4
3.2 ACTIVIDAD ENZIMÁTICA EN LA RIZÓSFERA 5
3.2.1 Nitrogenasa 7
3.2.2 Ureasa 8
3.3 BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO 9
3.3.1 Funciones de la biomasa microbiana del suelo 10
3.3.2 Dinámica de la Biomasa Microbiana del suelo 10
3.4 ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO 12
3.5 COEFICIENTE METABÓLICO DEL SUELO 14
ii
3.6 SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE
AZÚCAR 14
•••• Cachaza 15 •••• Bagazo 17 •••• Vinaza 17
3.7 SUBPRODUCTO AGROINDUSTRIAL DEL PLÁTANO 19
• •••• Raquis de Plátano 19
4. MATERIALES Y METODOS 21
4.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL ESTUDIO 21
4.2 TAXONOMÍA DEL SUELO 21
4.3 DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO EN CAMPO 22
4.4 VARIABLES EVALUADAS EN EL EXPERIMENTO 24
4.5 DETERMINACIONES EN LABORATORIO 24
4.6 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN 26
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 27
5.1 BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO (BMS) 27
5.2 ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO (AMS) 32
5.3 COEFICIENTE METABÓLICO (CM) 36
5.4 ACTIVIDAD UREASA DEL SUELO (AUS) 38
5.5 ACTIVIDAD NITROGENASA DEL SUELO (ANS) 41
5.6 CORRELACIONES ENTRE VARIABLES EVALUADAS 44
6. CONCLUSIONES 47
iii
7. RECOMENDACIONES 49
BIBLIOGRAFÍA 50
ANEXOS 58
Anexo 1 59
Anexo 2 60
Anexo 3 61
Anexo 4 62
Anexo 5. 63
iv
LISTA DE TABLAS
TABLA Pag.
Tabla 1. Características de la cachaza fresca a los 0 y 60 días de maduración. Datos de Arbelaez,(1992). 16
Tabla 2. Composición química del bagazo. Datos obtenidos de
Reyes (2000) 17 Tabla 3. Composición de la vinaza concentrada a 60 oBrix (%p/p)
Datos obtenidos de Informe PROQUIP SA, Brasil 18 Tabla 4. Porcentaje de materia orgánica y nutriente NPK para la
vinaza concentrada a 60º Brix y vinaza seca. 18 Tabla 5. Descripción de los tratamientos y nombre de la variable 22 Tabla 6. Biomasa microbiana del suelo medida en µgr C / gr suelo 28 Tabla 7. Actividad microbiana del suelo medida en µgr C02 / gr suelo 33 Tabla 8. Coeficiente metabólico del suelo medida en qCO2/ h 36 Tabla 9. Actividad Ureasa del suelo en µmoles N-NH4/(grss*h) 39 Tabla 10. Actividad nitrogenasa del suelo en nmoles N-NH4/(gss*h) 42 Tabla 11. Matriz de Correlaciones de las Variables en estudio 44
v
LISTA DE GRAFICAS
GRAFICA P a g .
Grafica 1. Ubicación geográfica del sitio de estudio 21
Grafica 2. Diseño estadístico de BCA empleado en el experimento. 23
Grafica 3. Biomasa microbiana del suelo medida en µgr C / gr suelo 28
Grafica 4. Actividad microbiana del suelo medida en µgr C02 / gr suelo 33
Grafica 5. Coeficiente metabólico del suelo medida en qCO2. 37
Grafica 6. Actividad Ureasa del suelo en µmoles N-NH4/(gr ss*h) 39
Grafica 7. Actividad nitrogenasa del suelo en nmoles N-NH4/(g ss*h) 42
1
INTRODUCCION
La fertilización del suelo está destinada a restablecer, conservar o acrecentar el
potencial productivo del suelo, para que las plantas que se cultiven tengan todos
los aportes de nutrientes que requieren y así puedan desarrollarse
adecuadamente. Tomando como punto de referencia lo anterior se puede decir
que los residuos agroindustriales de la caña de azúcar y el plátano, empleados
como fertilizantes orgánicos contienen nutrimentos que pueden solventar las
necesidades de elementos mayores y menores por parte de las plantas,
pudiéndose emplear además para mejorar ciertas características físicas químicas
y biológicas del suelo.
Estos subproductos agroindustriales, utilizados con una buena técnica de tiempo
y aplicación incrementarían en el suelo la actividad bioquímica y reduciría así los
costos de producción destinados para la compra de fertilizantes convencionales.
Se debe tener en cuenta que no todos los nutrientes estarán disponibles para la
planta, pero si servirán para que se desarrolle en el suelo una microfauna que
ayude a asimilarlos por medio de complejos enzimáticos que poseen los
microorganismos. De la actividad enzimática depende la asimilación de muchos
nutrientes como es el caso de las enzimas Nitrogenasa y ureasa de la cual
depende estrictamente la fijación del nitrógeno, junto con ello, el tipo de
fertilizante empleado, el tiempo y la forma como se aplique, ya que un exceso o
una deficiencia de una fuente de nutrientes, podría bajar a gran escala la
producción y como consecuencia directa causar daños irreversibles a los
agroecosistemas, por lo cual, se estudiaría previamente la utilización de estos
subproductos empleados como fertilizantes en suelos cultivados con caña de
azúcar en el valle del cauca.
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1. JUSTIFICACIÓN
En el Departamento del Valle del Cauca, gran parte de la sustentación
económica esta asociada a la producción agrícola, es por ello que la explotación
masiva de los suelos para tal fin, junto con el uso de agroquímicos para
incrementar el rendimiento de las cosechas, ha originado graves problemas en la
salud y calidad de los suelos.
El uso desmedido de los fertilizantes y las aplicaciones excesivas en el suelo, han
generado una problemática ambiental bastante generalizada en donde el
fertilizante pierde su labor beneficiosa y pasa a ser contaminante del suelo.
Debido a esto, sea establecido una nueva conciencia sobre el manejo y uso de
los residuos orgánicos procedentes de la industria agraria para emplearlos como
fuentes de abonos orgánicos, como han reportado numerosas experiencias que
demuestran que son ricos en nutrientes útiles para las plantas y que además
pueden mejorar el contenido de materia orgánica , la estructura del suelo, la
actividad microbiana y la fertilidad.
Por tanto, el uso de dichas fuentes, en este caso de residuos agroindustriales
de la caña de azúcar y el plátano, podrían tener una influencia directa sobre la
actividad y biomasa microbiana del suelo responsable del ciclaje de nutrientes,
así, como de la bioquímica del suelo dada por actividad enzimática responsable
de la asimilación de nutrientes por parte de las plantas.
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el efecto de las fuentes orgánicas obtenidas de los subproductos
agroindustriales de la caña de azúcar (Saccharum officinarum L) y el plátano
(Musa spp.) sobre la actividad microbiana y enzimática del suelo.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Determinar la actividad y biomasa microbiana en los tratamientos con los
residuos agroindustriales.
• Ajustar una metodología que permita evaluar la presencia y eficiencia de las
enzimas nitrogenasa y ureasa en la asimilación de nitrógeno.
• Evaluar la actividad de las enzimas Nitrogenasa y Ureasa en los diferentes
tratamientos.
• Correlacionar la actividad y biomasa microbiana con la producción de
enzimas.
• Evaluar los cambios producidos en los factores químicos y bioquímicos
del suelo al aplicar los tratamientos.
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3. ESTADO DEL ARTE
3.1 FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITRÓGENO
La tierra tiene millones de microorganismos que no han sido estudiados en su
totalidad, actualmente se conocen algunos de ellos que ha sido motivo de estudio
de diversos investigadores debido al beneficio y/o perjuicio que ellos traen a los
cultivos. Para el crecimiento y desarrollo de las plantas el N2 es uno de los
elementos más necesarios y el que comúnmente es deficiente en el suelo
contribuyendo de manera directa a la disminución de los rendimientos. La forma
más común de proveer al suelo de N2 es con la incorporación de fertilizantes
nitrogenados sintéticos que afectan los agroecosistemas, contaminando las aguas
superficiales y subterráneas que aumentan los niveles de óxido nitroso (N2O)
producto del uso indiscriminado de estos fertilizantes y que contribuye junto con el
CO2 y CH4 al calentamiento global.
Cerón L. y Melgarejo L. (2005) reportan que las prácticas de manejo
convencionales como el arado, los patrones de cultivo y el uso de agroquímicos,
han tenido influencia sobre la calidad del agua, la atmósfera, y han promovido la
pérdida de la materia orgánica, reducción de la fertilidad, la capacidad de campo
y la estabilidad estructural, incrementado la erosión y el CO2 atmosférico,
contribuyendo de esta manera al calentamiento global, debido a los niveles
elevados de gases asociados al efecto invernadero y las alteraciones en los ciclos
hidrológicos que han producido cambios en el clima global y la reducción del
5
ozono, además se han generado cambios en la capacidad del suelo para
producir y consumir gases como CO2, óxido nitroso y metano.
Para los sistemas agrícolas sostenibles, la fijación biológica del nitrógeno juega
un papel importante debido a que puede disminuir la necesidad de utilizar
fertilizantes nitrogenados de origen industrial, por medio de los microorganismos
del suelo.
Estos microorganismos pueden actuar metabolitamente de 2 formas: la primera,
cuando poseen dentro de las células un complejo enzimático denominado
nitrogenasa ò la segunda, de manera extracelular por medio de la enzima
ureasa que convierte el N2 en formas asimilables por la planta como el ión
amonio NH4+. Las especies se denominan heterótrofos diazotrofos y entre los
cuales se encuentran las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre como
Azotobacter spp (aerobias) y Azospirillum spp (microaerobias), bacterias
anaerobias facultativas como de enterobacter spp y Klebsiella pneumoniae,
bacterias del genero bacillus y pseudomonas y por ultimo las bacterias
anaerobias estrictas como las del genero clostridium (Acero N, 1997).
Algunas de estas bacterias son utilizadas en Cuba y en Brasil como
transformadores de nitrógeno ó para producir vitaminas y sustancias promotoras
del crecimiento que influyen en el desarrollo de las plantas y de esta forma
obtener altos rendimientos en los cultivos. (FAO, 1995)
3.2 ACTIVIDAD ENZIMÁTICA EN LA RIZÓSFERA
El suelo es denominado como un medio vivo donde interactúan una serie de
organismos provocando cambios físicos , químicos y bioquímicos así como
también la fuente y destino final de los nutrientes minerales que determinaran
su fertilidad y capacidad productiva .
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Las enzimas son biomoleculas que elaboran las células para catalizar reacciones
biológicas específicas de manera autónoma. Estas enzimas pueden estar
presentes extracelularmente en moléculas solubles del sustrato asociadas
temporalmente formando un complejo el cual absorbe minerales de arcillas o
estar asociadas con los coloides húmicos. Las enzimas intracelulares pueden
funcionar después de que las células mueren y comienzan a asociarse a células
destruidas; estas son liberadas en la fase acuosa ,así las membranas de las
células se rompen y eventualmente son absorbidas por los coloides del suelo
que son aun activos. (Burbano, 1989;Alef y Nannipieri, 1995)
La actividad enzimática es sensible al estrés ambiental, por esta razón se
puede considerar apropiadas para estimar la calidad del suelo (Trazar et al
,1998) que debe interpretarse como la utilidad del suelo para un propósito
específico en una escala amplia de tiempo (Carter et al., 1997) y el estado de las
propiedades dinámicas del suelo como contenido de materia orgánica, diversidad
de organismos, o productos microbianos en un tiempo particular constituye la
salud del suelo (Romig et al., 1995).
Por ello la medición de la acción de una determinada enzima es generalmente
una determinación de la presencia o la actividad en el suelo teniendo en cuenta
factores como el pH, presencia o ausencia de inhibidores, las condiciones
climáticas, la vegetación, las propiedades físicas del suelo y de las técnicas
agrícolas empleadas que influyen en ellas.
La valoración de la actividad enzimática especifica relacionada de manera
directa con los ciclos de los nutrientes de mayor interés para la agricultura
podrían dar respuesta para algunas practicas en los cultivos.(nanninpieri, et al ,
1990)
7
3.2.1 Nitrogenasa
Este sistema enzimático cataliza la reducción de nitrógeno a amonio, compuesto
que se utiliza para la síntesis de los aminoácidos, la reducción del acetileno,
ciclopropano, oxido de nitrógeno entre otros liberando moléculas de H2 durante la
reaccion. (Alef y Nannipier 1995).
8H + N2 + 8 e -------------- 2 NH3 + H2
Existen gran cantidad de microorganismos capaces de fijar nitrógeno como
Azospirillum spp, capaz de producir sustancias promotoras de crecimiento
durante la colonización de las raíces, esto estimula la longitud, la densidad de las
raíces laterales y el incremento del área superficial, favoreciendo la mayor
absorción de agua y nutrientes minerales que ayudan al rápido crecimiento de las
plantas. También, se plantea como factor decisivo, la fijación no simbiótica de
nitrógeno por parte de esta bacteria. Azotobacter Spp tiene la capacidad de de
fijación de N2 y está relacionada estrechamente con la presencia en el medio de
suficientes cantidades de fósforo (P) y potasio (K), siendo mayor el efecto del P. El
género Azotobacter presenta alta capacidad de biodegradación, muy
especialmente para la oxidación de compuestos fenólicos sustituidos. Este hecho
resulta de especial interés, basándose en recientes observaciones que muestran
como estas bacterias aumentan su actividad biológica (incluyendo la capacidad
fijadora de N2) en suelos agrícolas adicionados de residuos que poseen un alto
contenido en sustancias fenólicas, pudiéndose sugerir que estos microorganismos
pueden contribuir a la biotransformación de este tipo de residuos cuando se usen
como fertilizantes.
• Factores que afectan la fijación del nitrógeno por la nitrogenasa
Algunos os factores que afectan el mecanismo de fijación de nitrógeno por la
nitrogenasa (Stewart, W. D. et al, 1978) son los compuestos nitrogenados que
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inhiben la enzima por la presencia de compuestos nitrogenados como amonio o
nitrato. Otros nutrientes como el molibdeno y el hierro son muy necesarios en el
complejo de la Nitrogenasa, ya que aquí esta contenida el compuesto Mo-Fe.
Reguladores de la actividad de la nitrogenasa
El ADP es un potente inhibidor de la Nitrogenasa cuando la relación ATP/ADP es
igual o inferior a 0.5 esta queda totalmente vedada. Los inhibidores más
competitivos son el acetileno y el CO2 y debido a esto la Nitrogenasa tiene más
afinidad con el nitrógeno. La actividad de la Nitrogenasa se ve incrementada con:
un pH cercano a la neutralidad, un nivel alto de humedad y baja tensión de
oxigeno.
3.2.2 Ureasa
La enzima ureasa cataliza la hidrólisis de la urea, produciendo CO2 y NH4+; en
este proceso se ve asociado con la esencialidad del níquel (Ni2+), es esencial para
las plantas que se abonan con urea o con sus derivados ya que juega un papel
importante en el metabolismo nitrogenado.
CO(NH2) 2 + H+ + H2O 2 NH4
+ + HCO3
La hidrólisis genera un incremento significativo del pH alrededor del granulo de
urea, ya que consume protones: Ese incremento de pH desplaza el equilibrio del
amonio y amoniaco favoreciendo la volatilización del NH4+.
Algunos de los habitantes del suelo especializados en la descomposición de la
materia orgánica pueden determinar la capacidad de un organismo de desdoblar
la urea formando dos moléculas de amoniaco por acción de la enzima ureasa y es
característica de todas las especies de Proteus, Citrobacter freundii y Klebsiella
pneumoniae.
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• Factores que afectan la fijación del nitrógeno por la ureasa
La actividad de la ureasa se ve afectada por el contenido de agua, Temperatura,
pH y capacidad buffer, Capacidad de intercambio Catiónico (CIC) y Compuestos
nitrogenados.
• Reguladores de la actividad de la ureasa
Las fosforamidas como el nBPT (N-butil – tiofosforic triamide) son inhibidores de
actividad de la ureasa reduciendo la velocidad de la hidrólisis y por ende minimiza
las pérdidas de nitrógeno en forma de NH3 por volatilización. (Tabatabai M.A.;
Bremner J.M .1972)
3.3 BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO
La biomasa microbiana es una fracción activa que tiene 2 funciones esenciales
en el suelo, el primero, es actuar como agente en la descomposición de los
residuos vegetales del suelo con la consecuente liberación de nutrientes tales
como C, N, P y S (Jenkinson y Ladd, 1981) y segundo, como un “pool labil” de
nutrientes. La correlación de la dinámica de la biomasa con la materia orgánica
del suelo es alta en cualquier ecosistema, puesto que todo el material orgánico
que se incorpora al suelo debe pasar por la biomasa microbiana (Burbano,
2002).Esta biomasa determina el sostenimiento de la productividad del
agroecosistema, porque constituye un medio de transformación para todos los
materiales orgánicos del suelo, que es independiente de la función de cada uno
de los miembros de la comunidad microbiana. Por esta razón su estimación
contribuye al conocimiento de fertilidad del suelo y el sostenimiento de esta
característica en el tiempo, efectivamente cuanto más nutrida está la planta, más
intensa es la biomasa en la rizósfera (zona del suelo donde las raíces inducen la
proliferación de microorganismos) y más resistente es la planta a la agresión por
patógenos. (Primavesi, 1984)
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3.3.1 Funciones de la biomasa microbiana del suelo
Investigaciones destacan la importancia de la fauna del suelo en la
descomposición y mineralización de residuos orgánicos, formación de materia
orgánica, ciclaje de nutrientes y características de la estructura del suelo,
características biológicas, químicas y físicas de los suelos que se usan como
indicadores de la calidad del suelo (Burbano, 2002).
La fauna del suelo interviene en las transformaciones de la materia orgánica,
afectando de esta forma la producción de mayor cantidad y calidad de los
nutrientes disponibles para la planta. Esto involucra el desarrollo de innumerables
interacciones de tipo físico, químico y biológico promovidas por la liberación de
sustancias como aminoácidos, proteínas, enzimas, azúcares, ácidos orgánicos,
etc. o por los exudados de la rizósfera, que mantienen el equilibrio de las
poblaciones microbianas en el suelo rizosférico. (Cadena, 1998-1999).
3.3.2 Dinámica de la Biomasa Microbiana del suelo
La atmósfera del suelo tiene un efecto directo sobre la actividad microbiológica y la
composición del aire difiere de aquella correspondiente a la atmósfera. El
contenido de CO2 en la atmósfera en volumen está alrededor de 0.03%, mientras
que en el suelo es aproximadamente de 0.2 a 1.0% en horizontes superficiales,
aumentando en horizontes más profundos. El aire del suelo tiene menos oxígeno
(aproximadamente 20.3% en comparación con 20.99% de la atmósfera). Los más
altos niveles de CO2 resultan de la respiración de los organismos vivientes,
proceso que consume O2 y libera CO2; lo que muestra que el O2 es esencial en la
atmósfera del suelo (Burbano, 1989).La cantidad de CO2 en el suelo, varía con el
contenido de materia orgánica, la porosidad del suelo, los contenidos de humedad,
la profundidad de los horizontes y también los factores medio-ambientales
influyen tanto en el desarrollo como en el desempeño de las funciones de los
microorganismos ( Benjumea, 1998).
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Las arcillas y la materia orgánica juegan un papel fundamental en la actividad
microbiana. Las arcillas como las partículas más finas del suelo, exponen mayor
área superficial por unidad de masa en comparación con las arenas y limos, factor
que se relaciona directamente con las actividades que cumplen y que las
convierten en uno de los constituyentes reactivos más importantes del suelo
(Burbano, 1989; Charry, 1987; Gómez, 1997).Las arcillas están encargadas de
darle al suelo características químicas como son el pH, capacidad de intercambio
catiónico, entre otras. Sus cualidades inciden sobre las propiedades físicas como
el control de movimientos de la solución del suelo, la determinación de la magnitud
de dichos movimientos en el perfil y juegan un papel fundamental en la absorción
rápida de enzimas extracelulares reduciendo así la biodegradación (Charry, 1987).
En lo que respecta a la materia orgánica, diversos investigadores se han
preocupado por los efectos de la adición de materia orgánica humificable. En
estudios sobre la mineralización de carbono orgánico y nitrógeno en suelos
mejorados con diferentes materiales orgánicos, concluyeron que estos aumentan
significativamente el carbono potencialmente mineralizable, incremento que
depende del enmendante utilizado y de las condiciones del suelo; afectan el
balance neto de nitrógeno del suelo y dan lugar a las variaciones en la proporción
de nitrógeno potencialmente mineralizable (Hernández et al, 1992).El carbono no
descompuesto se transforma, de una parte, en sustancias húmicas en
neoformación y por otra, en fracción residual de la materia orgánica del suelo
difícilmente atacable por los microorganismos; esta última fracción continúa en el
suelo después de un año de incubación (Gómez et al, 1997).
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3.4 ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO
La actividad biológica en el suelo, ocurre con mayor intensidad en la región
llamada rizósfera, la cual está conformada por aquella porción del suelo sobre el
cual influyen física, química, y biológicamente las raíces de las plantas; es una
zona de gran interés agrícola, porque en ella se producen las interacciones de los
microorganismos y las plantas superiores; no es una región bien definida y
homogénea sino que existe un gradiente de estimulación de los microorganismos
desde la superficie de la raíz hasta 1 o 2 mm. (Benjumea, 1998).
Las interacciones de los microorganismos y las plantas en el suelo, estiman una
actividad metabólica por parte de los microorganismos del suelo que se
caracteriza por alto consumo de oxígeno, exaltada producción de dióxido de
carbono e influenciada por el del sistema radical de las plantas, el cual modifica
substancialmente las condiciones en las cuales se desarrollan los
microorganismos, generando relaciones que pueden ser favorables para el
microbio y la planta ,desfavorable para uno de los dos ò sin influencia alguna
sobre ellos; efectivamente, la magnitud de la mineralización de dicho carbono, es
decir, la liberación de CO2 es proporcional a cantidad de materia orgánica e
igualmente existe una relación entre la toma de oxigeno y el porcentaje de humus
(Burbano, 1981)
Para que los microorganismos puedan asociarse con las raíces deben desarrollar
primero mecanismos de reconocimiento que propicien la interacción; el
establecimiento o no de dichos mecanismos y por tanto la asociación depende, del
tipo de suelo, la humedad, la materia orgánica y la temperatura entre otros
factores. Son múltiples las formas de acción de los microorganismos de la
rizosfera; en términos generales su efecto es beneficioso y comprende tres
aspectos fundamentales:
• Abastecimiento a las plantas con sustancias nutritivas.
13
• Síntesis de vitaminas y sustancias promotoras de crecimiento.
• Protección a la planta del ataque de patógenos.
(Citado por Duran, 2002).
La importancia de los microorganismos en ambientes naturales como el suelo,
está dada por su ubicuidad, su diversidad y principalmente por el conjunto de
actividades que desarrollan beneficiando la nutrición de las plantas. La capacidad
de diversos grupos microbianos para mineralizar sustancias orgánicas en los
alrededores de las raíces, pone a su disposición formas minerales asimilables de
nitrógeno, azufre y fósforo entre otros nutrientes. La síntesis de gran cantidad y
diferentes tipos de sustancias estimulantes del crecimiento vegetal, su
participación en la degradación de la materia orgánica, cuyos componentes son
fuente de nutrientes y energía para la formación y desarrollo de las células; en la
descontaminación del aire, agua y hasta del mismo suelo, también en la
generación de energía, inmovilización de la biomasa microbiana, producción de
sustancias quelatantes, reacciones enzimáticas de oxido-reducción;
modificaciones del pH del suelo; reducción de formas oxidadas de varios
nutrientes; producción de ácidos orgánicos e inorgánicos con acción solubilizadora
de compuestos orgánicos; transformaciones bioquímicas, producción de
compuestos tóxicos; formación de agregados estables en el suelo; producción de
enzimas, vitaminas y cofactores; control de fitopatógenos, etc., son acciones que
solo son explicables cuando se analiza el papel fundamental que cumplen los
microorganismos en el suelo y su interacción con la planta y el medio ambiente
(Gómez, 1997 ;Fernández y Novo, 1988; Burbano, 1989)
14
3.5 COEFICIENTE METABÓLICO DEL SUELO
El Coeficiente Metabólico se determina relacionando los datos obtenidos de la
actividad microbiana total, el número de horas que estuvieron las muestras en
incubación.
Según Bolaños M. (2006) este es un cociente que relaciona la AMS, traducida
como la mineralizacion (degradacion) de la materia organica que produce
moleculas simples, con la produccion de moleculas complejas a a partir de las
simples por la BMS y que supone una inmovilizacion, es decir, la razon entre
dos procesos biologicos de catabolismo/anabolismo y que basicamente indica el
gasto de carbono que se obtiene de la mineralizacion de un sustrato en unidad
de tiempo por unidad de BMS.
3.6 SUBPRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE AZÚCAR
Las grandes cantidades de subproductos generadas en los procesos de
producción de alcohol carburante y azúcar refinada por parte de los ingenios
azucareros, se han convertido en contaminantes de suelos y aguas cuando no
son manejados o utilizados apropiadamente; aunque a ciencia cierta no se sabe
cuanto volumen se genera de residuos agroindustriales de Vinaza, Cachaza y
Bagazo en el Valle del Cauca, basta con estimar que se esta produciendo
alrededor de 30 a 50 Kg de cachaza por cada tonelada de caña que se lleva a la
fábrica, 13 litros de vinaza por cada litro de alcohol obtenido y de acuerdo con
datos obtenidos de CENICAÑA, once ingenios del departamento produjeron
5´885.625 toneladas de bagazo de caña en el año 2005.(Molina, E. et al, 1999;
NOTICyT , 2006)
QMCO
ActividadMicrobiana
HorasIncubacion
BiomasaMicroiana2=
15
Una alternativa es buscar opciones para su uso eficiente proyectándolos hacia la
agricultura, dado sus altos contenidos de nutrimentos que pueden complementar
las necesidades de elementos mayores y menores en los cultivos, por lo cual,
vienen siendo empleados como fertilizantes orgánicos. No obstante, se hace
necesario tener un conocimiento más amplio de las interrelaciones que se puedan
dar al aplicar estas sustancias solas o en mezclas en la agricultura.
Como no todos los nutrimentos estarán disponibles para la planta al momento de
la aplicación, si servirán para que se incremente y desarrolle en el suelo la
actividad bioquímica de la microfauna, que ayudará a degradarlos, asimilarlos y
suministrarlos a ella, por medio de complejos enzimáticos y además, es de
esperarse que se reduzcan los costos de producción destinados para la compra
de fertilizantes convencionales.
Cuando se emplean fertilizantes (independiente de su origen) muchos procesos de
fijación y asimilación dependen, tanto de la actividad enzimática de la microbiota
existente, como de las plantas, ya que el tipo de fertilizante empleado y la forma
como se aplique, puede conllevar a una asimilación efectiva, exceso o deficiencia,
reduciendo así a gran escala la producción y como consecuencia directa causar
daños irreversibles a los agroecosistemas.
• Cachaza
Es un residuo en forma de torta eliminado del proceso de clarificación del jugo de
la caña de azúcar, este se obtiene por sedimentación del jugo suspendido por una
gran cantidad de líquidos y que luego se somete a filtración (cachaza primaria), la
cachaza final es el residuo descargado de los filtros para ser desechados. Su
constitución depende de varios factores: El tipo de suelo, La variedad de caña,
Tipo de cosecha (mecanizada o manual), Cantidad de calcio, Clarificantes
utilizados en la decantación del jugo, Métodos de filtración empleados, Tamaños
de los orificios, Entre otros. (Arbelaez. 1992).
16
La cachaza está considerada como el subproducto más importante de los ingenios
azucareros, con un valor como fertilizante bastante alto, producida a una tasa de
tres toneladas húmedas, por cada cien toneladas de caña molida. Es un material
marrón oscuro, constituido por una mezcla de fibra de caña, sacarosa, coloides,
coagulados, incluyendo la cera, fosfato de calcio y partículas de suelo.
La cachaza contiene: 40,0% de Materia Orgánica, 1,76% de Nitrógeno, 3,0% de
P205, 0.42% de K20, 3.15% de Ca0, 1.07% de Mg0. Es por tanto un material
orgánico de relación C:N muy amplia y cuando se adiciona al suelo puede
mostrar: Bajo contenido de K, el cual se encuentra en forma soluble y fácilmente
lixiviable. Alto contenido de fósforo que puede ser un buen sustituto del
superfosfato triple. El Nitrógeno se presenta en forma de combinaciones orgánicas
complejas, tales como fosfolípidos y nucleoproteínas, aparecen algunos en forma
de Fosfatos de Calcio provenientes del proceso de clarificación.
Esta ha sido mencionada como un subproducto de alto potencial fertilizante,
sobre todo con relación al elemento fósforo. Sus contenidos mineralógicos en
cachaza fresca son:
Parámetro Cachaza 0-60 días Humedad % C:N % M.O % N % P % K % Ca % Mg %
Fe (ppm) Mn (ppm) Cu (ppm) Zn (ppm)
65.30 31.98 33.55 0.61 0.71 0.60 2.10 0.67 1600 486 58.50 198
Tabla 1. Características de la cachaza fresca a los 0 y 60 días de maduración.
Datos de Arbelaez,(1992).
17
• Bagazo
Este se empleado como combustible en la industria azucarera, producción de
pulpa y papel, fabricación de tableros aglomerados y alimentación animal, lo cual
hace que estos derivados de la caña sean más costosos y de difícil desviación con
fines agronómicos. La composición química del bagazo se muestra a continuación:
Tabla 2. Composición química del bagazo. Datos obtenidos de Reyes (2000)
Además se utiliza para el mejoramiento de algunas propiedades físicas del suelo,
tales como la tasa de infiltración, retención y distribución de la humedad en el perfil
del suelo siendo recomendable, particularmente en cultivos semipermanentes
como la caña de azúcar, mezclar la cachaza con el bagazo y restos de cosecha,
para prolongar sus efectos residuales en el mejoramiento de las propiedades
físicas del suelo. (Zérega L. M,1993).
• Vinaza
Es un residuo industrial que se genera durante la destilación del alcohol, es
altamente corrosiva y contaminante de las fuentes de agua, presenta en su
composición química altos contenidos de materia orgánica, potasio, calcio y
cantidades moderadas de nitrógeno y fósforo. Estudios realizados en el Brasil
demuestran que la vinaza incrementa la productividad y el rendimiento en caña de
azúcar, evidenciando con ello, que una de sus grandes ventajas es que bajo
condiciones racionales de manejo, puede sustituir parcial o totalmente la
fertilización mineral. (Sarria y Preston,1992).
Elementos químicos Bagazo (%)
Carbono Hidrógeno Oxígeno Cenizas
47,00 6,50 44,00 2,50
18
Las características de la vinaza concentrada, resultante de la melaza de caña de
azúcar y la composición se pueden observar en el siguiente cuadro:
Tabla 3. Composición de la vinaza concentrada a 60 oBrix (%p/p) Datos obtenidos
de Informe PROQUIP SA, Brasil
Como se observa en el cuadro, los sólidos están constituidos por materia orgánica
y sales minerales en cantidades variables. Dentro de ellos, el potasio es el
componente inorgánico que presenta mayor concentración siguiendo en orden de
importancia el azufre en forma de sulfatos. Dos tipos de vinazas son las más
frecuentes como subproducto agroindustrial de la caña, las cuales tienen las
siguientes características (Tabla 4).
Vinaza M.O. N P2O5 K2O Otros
Concentrada a 60 o Brix 49.2 0.90 0.13 6.03 3.67
Seca 82.0 1.53 0.19 10.13 6.11
Tabla 4. Porcentaje de materia orgánica y nutriente NPK para la vinaza
concentrada a 60º Brix y vinaza seca.
Componentes %p/p
Sólidos totales Sólidos volátiles Proteína bruta
Potasio Nitrógeno Magnesio Fósforo Cloro
Carbono Calcio Azufre
60.0 44.2 9.1 5.7 0.9 0.7 0.2 2.2 22.0 2.7 4.7
19
Según INESCO (1979), la vinaza concentrada puede usarse como fertilizante y
como insumo para ración animal. Sobre el uso como fertilizante sólo se reportaron
datos y experiencias en Francia, donde se obtuvieron resultados análogos a los de
vinaza in natura.
3.7 SUBPRODUCTO AGROINDUSTRIAL DEL PLÁTANO
El raquis del plátano es un residuo que se obtiene como consecuencia del ciclo
vegetativo de la planta y además el excedente de fruto no vendido, que
representa un 20% de la producción total (Bao et al, 1987). En el caso de
plantaciones ya establecidas, el agricultor elige el “hijo” mas vigoroso y elimina los
otros, para que sustituya en su momento a la planta adulta, este es el primer
residuo del cultivo. Por medio de manejos culturales del mismo se va realizando el
deshoje, llegada la cosecha, los racimos de plátanos se cortan cuando sus frutos
están bien constituidos, pero aún verdes. A continuación se corta la planta,
creándose así un gran volumen de residuos. Por otra parte, las “manos” de
plátanos, se separan del eje del racimo (raquis o vástago) para su
comercialización, creándose así un nuevo residuo. (Bao et al, 1987)
Como no hay datos para el Valle del Cauca, sobre la cantidad de raquis
generada, se puede observar que en el departamento de Quindío, se producen
179.000 ton/año en un área sembrada de 33,896.5 has, de las cuales 27.900
ton/año son desechos de raquis, (Giraldo et al., 2000); con estos datos se podría
realizar una estimación parcial para nuestro departamento el posee un área
sembrada de 14.580 has.
• Raquis de Plátano
El raquis del plátano es un residuo tanto rural como agroindustrial en Colombia, el
cual, no tiene mayor importancia por parte de los agricultores o comerciantes, lo
anterior conlleva a pensar en el uso que se le puede dar como una alternativa
20
ecológica para la solución de los diversos problemas tanto del suelo como
fitosanitarios. El raquis tiene gran potencial de uso como fuente de abono orgánico
y como materia prima para la elaboración de alimentos animales o productos
industriales. (Cayon et al, 2000).
Según Villegas(2002); la aplicación foliar de un lixiviado, obtenido de la
descomposición del raquis de plátano sobre plantas de rosas infectadas con
mildeo polvoso, reduce la severidad de la enfermedad, obteniendo resultados
casi iguales a los alcanzados después de realizar aplicaciones de fungicidas
químicos y su efectividad no se altera después de someterlo a un proceso de
liofilización. Esto demuestra que la utilización de este residuo además de ser una
alternativa económica debido a que se utiliza un residuo agroindustrial, es una
alternativa que puede ser obtenida a nivel de finca y utilizada ya sea en el mismo
cultivo u otros donde su acción sea efectiva.
21
4. MATERIALES Y METODOS
4.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL ESTUDIO
El proyecto se realizo en la reserva natural “El Hatico”, ubicada en el municipio del
Cerrito departamento del Valle del Cauca (Grafica 1). Este municipio se encuentra
en una altitud 987 m.s.n.m, temperatura promedio anual de 23ªc y una
precipitación anual de 885 mm
Grafica 1. Ubicación geográfica del sitio de estudio
4.2 TAXONOMÍA DEL SUELO
Los suelos de esta reserva se clasifican como typic haplustol, suelos formados
por la acumulación de materia orgánica en forma de humus en la capa vegetal,
son suelos generalmente color oscuro, constituidos por un horizonte que contiene
22
gran cantidad de materia orgánica descompuesta, denominado epipedón mólico
por la taxonomía americana, caracterizado por tener gran espesor, índice C/N bajo
y fuerte actividad biológica, son muy productivas, siempre que el suministro de
humedad para las plantas sea el adecuado (FAO, 2003).
4.3 DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO EN CAMPO
Para el cumplimiento de los objetivos propuestos, a continuación se describen los
tratamientos (Ver tabla 1) empleados en el experimento; estos pasaron
previamente por un proceso antes de aplicarse en campo para adquirir las
cualidades y cantidades especificadas (Ver Anexos 1).
Tabla 5. Descripción de los tratamientos y nombre de la variable
Posteriormente fueron aplicados sobre la hojarasca del encalle del primer corte
de cada una de las unidades experimentales de 9m2 , en un cultivo de caña en
zoca, teniendo en cuenta los principios del BCA con 4 repeticiones (Grafica 2.)
Variable Especificación del Tratamiento
Raq Lixiviado de raquis 10 m3/ha Vin Vinaza 50 m3/ha Cac Cachaza 40 ton/ha BCV Bagazo14 ton/ha– cachaza 26 ton/ha – vinaza 25 m3/ha BCR Bagazo14 ton/ha– cachaza 26 ton/ha – 5 m3/ha B-C Bagazo 14 ton/ha - cachaza 26 ton/ha T-Pro Testigo convencional (compost Ingenio Providencia) T-Abs Testigo Absoluto
23
Grafica 2.Diseño estadístico de BCA empleado en el experimento.
Una vez adicionados los tratamientos se recolectaron muestras de suelos de 1
kg de 0 a 5 cm, siguiendo los protocolos de muestro para la actividad microbiana
y enzimática del suelo (Ver anexo 2 y 3), en dos épocas (baja y alta
precipitación) denominadas en este trabajo como:
• PM: Primer muestreo después de la adición de los tratamientos (75 días) y
en donde la humedad máxima del suelo fue del 15%.
• SM: Segundo muestreo después de la adición de los tratamientos (150
días) y en donde la humedad máxima del suelo fue del 43%.
24
4.4 VARIABLES EVALUADAS EN EL EXPERIMENTO
Con el objetivo de relacionar las Actividad biológica y bioquímica del suelo con
las componentes químicas, se determinaron los siguientes elementos S, Ca, N,
P, K y M.O en el Laboratorio de Química de Suelos de la Universidad Nacional de
Colombia sede Palmira, con el fin de poder explicar dicha actividad en presencia
de estos cofactores.
4.5 DETERMINACIONES EN LABORATORIO
Para estandarizar las metodologías de laboratorio se empleo como patrón de
suelo el Cacaotal, de esta manera se pudo perfilar por numerosos ensayos las
técnicas a desarrollar en el laboratorio.
Para determinar las diferentes actividades microbiológicas y enzimáticas en las
muestras tomadas en campo, se emplearan las técnicas de laboratorio
protocolizadas por los siguientes investigadores:
• Fumigación – Extracción protocolo propuesto por Brookes et al (1985) y Vance
et al (1987), en el cual se forma la relación entre el C - Biomasa microbiana
con el carbono orgánico, donde se establece qué proporción de carbono
orgánico en el suelo es inmovilizado por los microorganismos, el método
consiste en fumigar con cloroformo e incubar Las muestras y al mismo
tiempo se dejan testigos sin fumigar; al cabo de tres días se extrae el carbono
microbiano.
• Método del CAB protocolo citado por Madriñán (1995), en el cual se mide el
CO2 que se produce en el suelo como resultado de la actividad metabólica,
medida por respirometría. El método básicamente consiste en La incubación
de las muestras de suelo por un periodo de ocho días en un sistema cerrado,
se adiciona NaOH y se precipita con BaCl2, se adicionan dos gotas de
fenolftaleína . El color morado indica pH básico por la formación de BaCO3 y
25
NaCl. Se titula con HCl para cuantificar el volumen de hidróxido que no
reaccionó con el CO2.
• Coeficiente metabólico protocolo citado por Duran (2000), que a través del
cociente entre la actividad (C-CO2) con la biomasa-C microbiana determinar el
de gasto de carbono q(CO2) por parte de los microorganismos.
• Actividad Ureasa del Suelo, protocolo propuesto por Tatabatabai and Bremner
(1972) y modificado por Nannimperi, et al (1798). En este método se mide el
amonio liberado por la hidrólisis de la urea como consecuencia de la catálisis
enzimática. El procedimiento consiste en agregar ala muestra de suelos una
solución de urea al 6.4% p/v (sustrato) incubarlo por 90 min en un baño María
con incubación ajustable a 37°C. Después de la incubación se añade una
solución KCl 2M y se incuba por 30 min. El amonio liberado se determina por
destilación tipo Kjeldhal.
• Actividad Nitrogenasa del Suelo por métodos artesanales, protocolo propuesto
por grupo SIDSA (2008). La determinación de la ANS por el método propuesto
por el grupo de investigación, Se apoya en el articulo Slatyer B et al, (1983),
donde se basa en la inhibición irreversible de la ANS por acetaldehído a una
concentración de 50nM y posterior incubación por 3 horas. Sobre esta
metodología le han realizado múltiples ensayos para tratar de estimar la
ANS (Actividad Nitrogenasa del Suelo) a través, de un sistema cerrado de flujo
de gases, en el que es posible que se sobrestime o subestime dicha
actividad.
26
4.6 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Una vez obtenidos las variables de respuesta:
- Actividad microbiana (AMS)
- Biomasa microbiana del suelo (BMS)
- Coeficiente metabólico (CM)
- Actividad de la ureasa del suelo (AUS)
- Actividad de la nitrogenasa del suelo (ANS),
y las covariables:
- Azufre (S) - Potasio (K)
- Materia Orgánica (M.O) - Nitrógeno total (N)
- Fósforo (P), - Nitrógeno asimilable aproximado (NA)
Se verificaron los supuestos del análisis varianza sobre los residuales en el
software R Gui, empleando para:
Normalidad la prueba Shapiro- Wilks
Homogeneidad de varianza la prueba de levenne
Aleatorización la prueba de rachas de wald-wolfowitz
Una vez verificados, corregidos y cumplidos los supuestos, se procedió a
realizar el ANOVA (análisis de Varianza) para cada una de las variables, se
analizaron las pruebas de Duncan y Dunnett para determinar diferencias entre
la medias de los tratamientos; estos análisis se realizaron en el software SAS
9.1.2.
27
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La descomposición de los residuos en el suelo, ya sea por su adición en la
superficie o por su incorporación, es llevada a cabo por los microorganismos del
suelo, quienes son los encargados de realizar la mineralización de dichos
residuos y de la materia orgánica del suelo, aunque muchos estudios se han
concentrado en estudiar y dar explicación a la mineralización de esta ultima y no
a la de los residuos, en el presente documento se trata de abarcar ambos
procesos y así entender de una manera mas clara el comportamiento de estas
variables de este estudio, bajo dos épocas de muestro en (verano e invierno)
baja y alta humedad del suelo.
Además, se decidió realizar una comparación entre dichas épocas y así poder dar
una discusión más acorde a los objetivos planteados.
5.1 BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO (BMS)
En los dos muestreos se presentaron diferencias estadísticas significativas entre
las media de los tratamientos, además según lo reportado por Smith et al (1995),
en suelos agrícolas, la BMS se considera buena cuando es mayor a 200 µgr C /
gr suelo (Ver Tabla .6 y Grafica. 3).
Como se puede observar para ambos muestreos esta BMS fue alta para todos
los tratamientos, lo que demuestra que las poblaciones no han logrado
transformar la materia orgánica que se esta acumulando desde la adición de las
fuentes orgánicas y aunque no se sabe si esto es bueno o malo, vale la pena
28
analizar los resultados en cada época de muestreo y observar las variaciones
ocurridas en el suelo con la biomasa microbiana.
TTO Primer muestreo
(PM) Segundo muestreo
(SM) Diferencia (SM-PM)
Raq 1419,84 207,92 -1211,91 Vin 1836,17 452,88 -1383,29 Cac 1897,03 284,42 -1612,60 BCV 1169,30 203,76 -965,54 BCR 717,74 225,18 -492,56 B-C 446,27 515,83 69,57 T-Pro 879,64 650,83 -228,80 T-Abs 843,42 457,10 -386,31
Tabla 6. Biomasa microbiana del suelo medida en µgr C / gr suelo
Grafica 3.Biomasa microbiana del suelo medida en µgr C / gr suelo
Para el primer muestreo en época de baja precipitación se presentaron
diferencias significativas (p<.0001), entre los tratamientos esto se debe
básicamente a las condiciones ambientales y al tipo de material involucrado.
Según Cabrera M. (2007), la descomposición de los residuos que se han
adicionado de una manera superficial, presenta una mayor tasa de
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO
µgr C / gr suelo
PM
SM
ab
a a
bc
d
dcdc
dc
aab abcabc
bc bc cc
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO
µgr C / gr suelo
PM
SM
ab
a a
bc
d
dcdc
dc
aab abcabc
bc bc cc
29
descomposición cuando se presentan bajos contenidos de humedad, esto se
debe a que las poblaciones microbianas iniciales están caracterizadas
básicamente por hongos y nematodos, sin descartar la actividad ejercida por las
bacterias que operan bajo condiciones de baja humedad y residuos frescos.
Partiendo de este hecho, se puede ver los que los mejores tratamientos
fueron el Cac y Vin; el tratamiento Cac, presento una Biomasa de 1897.03 µgr
C/gr suelo, esto es de esperarse, ya que según Silva S. y Arbelaez, F (2005), la
cachaza es un residuo que presenta una mezcla de nutrientes, materia orgánica
fresca con sustancias de bajo peso molecular, partículas de suelo y es una fuente
de energía y nitrógeno, imprescindibles para la síntesis de las proteínas de los
microorganismos del suelo, que en su forma fresca es de muy lenta mineralización
(degradación) y además presenta una humedad entre 65 y 80 % (en peso) que
favorece la BMS en condiciones adversas. El tratamiento vin, presento una BMS
(1836,17 µgr C/gr suelo), también alta, esto puede ser posible, ya que puede ser
que las poblaciones microbianas presentes en este estado de descomposición de
los residuos sea principalmente compuesta de hongos, por que según Santos N.
et al (2007) en un estudio realizado con diferentes tipos de vinaza, encontraron
que estas independiente de su composición generaron un incremento alto de la
microbiota fusárica general, aunque no estimaron si estas poblaciones de
microorganismos eran fitopatógenicas, además ambos tratamientos aportan altos
contenidos de Materia Orgánica, que según Tate (2000) en la fase coloidal son
esenciales para muchos organismos del suelo en la cual se adhieren (ver
Grafica.3).
El tratamiento Raq, muestra que este tipo de lixiviado al llegar al suelo genera
una BMS de 1419.84 µgr C / gr suelo, es posible que este valor alto se deba a
que el raquis posee macromoléculas con estructuras muy complejas y
químicamente muy estables que pueden dan lugar a un proceso de
mineralización lenta pero estable, necesaria para que los microorganismos
30
puedan degradar dicho residuo de una manera paulatina (Arenas, A. et all, 2004).
El tratamiento BCV como era de esperarse, presento una BMS de 1169,30 µgr
C/gr suelo, que aunque fue alta no fue superior a los otros tratamientos y esto
puede deberse al tercer componente que es bagazo, el cual aparentemente no es
muy atractivo para los microorganismos por sus altos contenidos de lignina como
ocurrió con BCR.
Por otra parte el tratamiento B-C presenta buenos contenidos de biomasa
microbiana y que según lo descrito por Chavarría C. (2008), se caracteriza
principalmente por ser un material estable, libre de microorganismos patógenos y
que al ser aplicado al campo agrega valiosos nutrientes y minerales
indispensables para las plantas y los microorganismos.
El grupo de tratamientos T-prov , T-Abs y BCR muestran que aunque presentan
una buena BMS, no son capaces de mantener una población microbiana que
genere una mayor actividad de mineralización, es decir, que hay presentes
compuestos mas resistentes a los agentes biológicos, como las proteínas simples,
azucares, almidón entre otros, que por ejemplo para T-prov no fueron degradados
en la planta de compostaje, por tanto no se ha favorecido el desarrollo de los
microorganismos que se han visto obligados a sobrevivir con las fracciones mas
resistentes como celulosa y lignina proveniente de la hojarasca del encalle
(Varnero M, 2008)
En el segundo muestreo se presento diferencias estadísticas significativas entre
las medias de los tratamientos (p= 0.0432) en donde por medio de las
comparaciones de medias de Duncan, se mostró que el mejor tratamiento fue el
T-pro (650.83 µgr C/gr suelo) esto es posible debido a que la lluvia y la
humedad del suelo pudieron tener una influencia directa sobre la degradación de
las con las fracciones mas resistentes como celulosa y lignina que sirvieron de
alimento para mantener la BMS.
31
Similarmente el Tratamiento B-C, que igualmente posee contenidos de lignina y
celulosa provenientes del bagazo y de la hojarasca del encalle, ayudo a soportar
la biomasa microbiana con la diferencia que este tratamiento suministra un poco
de humedad constante, dando como resultado 515,83 µgr C/gr suelo. Los
tratamientos Vin y T-Abs presentaron una BMS de 452,88 y 457,10 µgr C/gr suelo
respectivamente, esto se debe a que Vin fue degradado rápidamente por la
población de microorganismos dejando materiales duros de degradar como en
T-Abs.
Los tratamientos Cac , BCR y BCV muestran que los contenidos de humedad de
que aporta la cachaza, bajo estas condiciones de precipitación, no contribuye a
un buen metabolismo microbiano, ya que este es un proceso aeróbico por
naturaleza y los contenidos de bajos de oxigeno disminuyen el metabólico de los
microorganismos. (Chavarría C. 2008).
En la Tabla 6. se puede ver que hubo una disminución substancial entre las
épocas de muestreo, debido a que la humedad afecta la BMS , lo que corrobora
Paz I., et al (2006), cuando correlaciona la biomasa microbiana del suelo con la
variable precipitación, observando una relación indirecta entre dichas variables.
Ahora, si se observa en la tabla, todos los tratamientos excepto B-C presentan un
incremento en la BMS, esto es posible por que este tratamiento a través de su
proceso de mineralización ha conservado la relación C/N que tiene estas fuentes
en un equilibro, es decir, según lo estudiado por Duran R (2004) la cachaza es una
fuente orgánica que aporta N, P y K en fresco, esta a través de su proceso de
degradación, disminuyen la humedad, la M.O. y los nutrimentos antes
mencionados, y aumentan el hierro, el cobre y mantiene la biomasa microbiana
mas estable en el suelo, desde una perspectiva comercia, Basanta, R. et all,
(2007) comenta que tanto del bagazo como de la cachaza compostados pueden
usarse como substratos pues permite la aireación agua y los nutrientes
necesarios. Es por ello que ambas fuentes se consideran materias primas que
32
reúnen los requisitos adecuados para el compostaje según la Norma chilena
(NCh2880 del INN, 2003).
5.2 ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO (AMS)
La actividad microbiana en la época de baja precipitación o primer muestreo
no se reportaron diferencias significativas entre las medias de los tratamientos
(p=0.5436) pero según la literatura se registran como valores altos actividades
superiores a 115 µgr C02 / gr suelo, por lo que se puede decir que en todos los
tratamientos la AMS fue alta, caso contrario a la época de alta precipitación
(p=0.0007) que aunque se presentaron diferencias significativas la AMS fue de
media a baja en casi todos los tratamientos (Ver tabla 7 y grafica 4), esto se debe
a que en el segundo muestreo, el suelo no logro una humedad propicia para una
buena actividad por parte de los microorganismos del suelo.
Mora J. (2006) cita a Jenkinson (1992), para justificar que los factores
involucrados en la actividad microbiana (temperatura, pH, humedad, disponibilidad
de O2, nutrientes inorgánicos, accesibilidad al sustrato, entre otros ) influyen en la
descomposición de residuos frescos añadidos al suelo y en los compuestos
orgánicos humificados, dicha AMS medida por el CO2 desprendido, está
fuertemente influenciada por el potencial hídrico, es decir que suelos en
condiciones de sequía liberan CO2 con una velocidad del orden del 50% de la
observada en suelos que son incubados con un contenido óptimo de humedad y
cuando el potencial hídrico alcanza valores muy negativos, la actividad
microbiana cesa o tiende a disminuir.
33
TTO Primer muestreo
(PM) Segundo muestreo
(SM) Diferencia (SM-PM)
Raq 101,73 11,46 -90,27 Vin 106,63 79,93 -26,70 Cac 111,76 22,69 -89,06 BCV 116,70 36,91 -79,80 BCR 84,46 41,61 -42,85 B-C 120,67 59,57 -61,10 T-Pro 112,91 63,32 -49,58 T-Abs 72,80 47,84 -24,97
Tabla 7. Actividad microbiana del suelo medida en µgr C02 / gr suelo
Grafica 4. Actividad microbiana del suelo medida en µgr C02 / gr suelo
En el primer muestreo la baja humedad del suelo y la alta temperatura como se
mencionó anteriormente, produjo una alta AMS, según lo mostrado por Carrillo
L., (2003), los microorganismos pueden modificar su estimulación debida a los
exudados radicales y los restos tisulares que inducen un efecto rizosferico
característico que afecta positivamente o negativamente la AMS.
A pesar que autores como Garcia, A. y Rojas C.(2006), reportan que la vinaza
en bajas concentraciones como 150 m3/ha de Vinaza diluida al 10% , aumenta la
Actividad microbiana del suelo, debido a los contenidos de azúcares rápidamente
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO
µgr C02 / gr suelo
PM
SM
aa a a
a
aa
a
d
ab ab
bcbcbcdbcd
a
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD MICROBIANA DEL SUELO
µgr C02 / gr suelo
PM
SM
aa a a
a
aa
a
d
ab ab
bcbcbcdbcd
a
34
utilizables y fácilmente descompuestos por los microorganismos durante los
procesos de descomposición de la materia orgánica, en este estudio se pudo
observar que el el tratamiento Vin, que contiene de igual forma solo vinaza y la
misma concentración pero a una cantidad mas baja, no se presento tan
mencionada actividad promotora (106,63 µgr C02 / gr suelo) por parte de la vinaza
en la descomposición de residuos en campo bajo condiciones de baja humedad
del suelo, ya que fue superada por el B-C (120,67 µgr C02 / gr suelo), BCV(116,70
µgr C02 / gr suelo) y el Cac (111,76 µgr C02 / gr suelo), todos a base de cachaza
residuo que contiene alrededor de un 68 a 56% de humedad y aporta grandes
cantidades de materia orgánica, fósforo, nitrógeno y potasio creando un ambiente
propicio para la AMS, dando origen a un ataque preeliminar por parte de los
microorganismos, liberando sustancias húmicas que favorecen su actividad
(Quintero R et al, 2006).
Los tratamientos que contienen raquis como el Raq y BCR presentaron las
actividades mas bajas 101,73 y 84,46 µgr C02 / gr suelo respectivamente, esto
puede deberse a que este lixiviado empleado no tuvo un gran aporte de
nitrógeno y fósforo, nutrientes indispensables para la AMS (Ver Anexo 4) ó
puede deberse también a que su uso puede inhibir la AMS, así como actúa
cuando se emplea para controlar enfermedades producidas por hongos
fitopatógenos como el mildeo polvoso en las rosas.
Si ahora se observa el tratamiento T-prov, se puede decir que el efecto del
compost providencia tubo una actividad inferior a los otros tratamientos (112,91
µgr C02 / gr suelo), lo que se esperaba, debido a que es un material degradado
en el cual se han lixiviado y perdido la mayoría de los nutrientes indispensables
para la actividad de los microorganismos del suelo.
Para el segundo muestreo, la Grafica 4, muestra que Vin presenta la AMS mas
alta (79,93 µgr C02 / gr suelo) con relación a los demás tratamientos, cuando hay
35
mayor humedad del suelo en contraste a cuando la humedad es baja, esto puede
deberse a que la vinaza por sus propiedades de floculación y cementación crea
un enlace mutuo de las partículas, por acción de diferentes materiales o
sustancias, denominadas “cementantes” como materiales orgánicos (humus),
coloides inorgánicos (Al, Fe),carbonatos, óxidos entre otros, manteniendo en un
proceso lento la degradación de los materiales orgánicos por parte de los
microorganismos .
El T-pro por sus características de compost, muestra una mayor AMS (63,32
µgr C02 / gr suelo), en relación con los otros tratamientos excepto Vin, ya que los
nutrientes se encuentran en formas muy complejas las cuales necesitan ser
degradadas en el suelo por los microorganismos, esto se traduce como un
proceso de mineralización lenta por el gran esfuerzo que debe hacer la microbiota
para degradar ese material.
Los tratamientos a base de cachaza como el C-B, por el contrario mantiene su
AMS ( 59,57 µgr C02 / gr suelo), ya que el proceso de mineralización de la materia
orgánica para formar también sustancias que van a ayudar a mantener dicha la
actividad, esto se puede observar de igual forma en Cac, BCV y BCR con
actividades de 22.69, 36.91 , 41.61 µgr C02 / gr suelo respectivamente . El
tratamiento con Raq en este muestreo igual que en el anterior, tampoco muestra
una alta actividad (11,41 µgr C02 / gr suelo) esto se debe a que el raquis como se
mencionó anteriormente no contiene los nutrientes indispensables para el
desarrollo de una buena actividad por parte de los microorganismos del suelo; en
el T-Abs la actividad microbiana es relativamente alta alrededor de µgr 47.84
C02 / gr suelo debido a que la hojarasca del encalle presenta altos contenidos de
lignina, material de lenta degradación.
En la tabla 7. se puede ver que las diferencias en los tratamientos entre
épocas de muestreo, aquí se observa que es mas eficiente la AMS en los
36
tratamientos como el T-Abs o Vin, en el cual se muestran que se mantuvo a
pesar de las variaciones de humedad, siendo mas estable en comparación con
el Raq o Cac en el cual la actividad se ve seriamente afectada por la humedad.
Ahora si se comparan estos valores de la AMS con la BMS, se puede decir que
dicha actividad fue de media a baja en casi todos los tratamientos por un gran
incremento de BMS en el primer muestreo, y aunque hubo reducción en el
segundo, estas sigue siendo alta para cualquier suelo.
5.3 COEFICIENTE METABÓLICO (CM)
En ninguno de los muestreos se presentaron diferencias significativas entre la
medias de los tratamientos (p=0.0751 y p=0.2859 respectivamente), pero aun así
se presentan en la Tabla 8. y Grafica 5. Los valores obtenidos en la de
mineralización del Carbono por hora.
Tabla 8. Coeficiente metabólico del suelo medida en qCO2/ h
Los valores del coeficiente metabólico qCO2 (Coeficiente de mineralización del
Carbono) en los tratamientos B-C y T-pro, del primer muestreo bajo condiciones
de poca humedad, son relativamente altos, esto supone que la comunidad
microbiana de los suelos bajo dichos tratamientos, se encuentra en un estado de
actividad más alta que las de otros suelos, pues requieren de más energía para
TTO Primer muestreo (PM) X10-4
Segundo muestreo (SM) X10-4
Diferencia (SM-PM) X10-4
Raq 3,8 2,9 -9 Vin 3,0 10,8 +7,7 Cac 3,1 4,1 +1, BCV 5,2 11,7 +6,5 BCR 6,3 18,8 +12,6 B-C 14,9 7,9 -7,0 T-Pro 12,0 5,2 -6,8 T-Abs 5,4 5,8 +4
37
poder mantener su actividad vital en el medio edáfico con una biomasa microbiana
mas baja, esto ocurre en menor grado en los tratamientos BCR,T-Abs y BCV en
los cuales al actividad no es tan exigente para la biomasa existente.
Grafica 5. Coeficiente metabólico del suelo medida en qCO2.
Los tratamientos Raq, Cac y Vin por el contrario muestran que hay una menor
actividad y una mayor biomasa microbiana lo que puede dar indicios de la
presencia de microorganismos patógenos o indicar que los residuos son un poco
recalcitrantes o difíciles de descomponer por la BMS.
En el segundo muestreo, bajo condiciones de alta humedad del suelo se puede
observar que los tratamientos BCV, BCR y B-C a base de bagazo y cachaza
presentaron los coeficientes metabólicos más altos indicando una alta eficiencia
metabólica, es decir que hay una mayor actividad con una biomasa microbiana
mas pequeña, esto básicamente se debe a que el bagazo presenta bajos
contenidos proteicos y alto porcentaje de fibras.
El Tratamiento Vin muestra que la biomasa microbiana debe esforzarse mas para
tener una buena actividad en la degradación de este residuo, el T-pro y T-Abs
presentaron coeficientes bajos y esto es posible por que hay mayor BMS
0,00000
0,00050
0,00100
0,00150
0,00200
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
COEFICIENTE METABOLICO DEL SUELO
PM
SM
38
existente pero su AMS es mas baja, es decir que son tratamientos poco
eficientes, en T-pro por ejemplo, la composición de los residuos, lo hace poco
atractivo por la población de microorganismos disminuyendo su actividad.
En los tratamientos Raq y Cac, la biomasa que hay presente en los tratamientos
es mayor y es posible que su baja actividad se deba básicamente a el exceso de
humedad del suelo que pudo lixiviar nutrientes indispensables para los
microorganismos, generando un receso en su actividad.
En la tabla 8. se pueden observar que en los tratamientos Vin, Cac, BCV, BCR y
T-Abs, tuvieron un proceso de degradación de los residuos orgánicos más lento,
puesto que se modifica significativamente el coeficiente metabólico microbiano del
primer al segundo muestreo. También se puede observar que la humedad del
suelo contribuye a un aumento en el coeficiente metabólico, es decir que facilita
el proceso de degradación de los residuos por parte de los microorganismos.
En los tratamientos T-pro y B-C, la humedad logro disminuir la población de
microorganismos pero su efecto no altero la AMS, ya que los residuos orgánicos
tuvieron una descomposición más rápido y constante del primer al segundo
muestreo, lo que se traduce como una liberación paulatina de nutrientes, tanto
para las plantas como para los mismos microorganismos.
5.4 ACTIVIDAD UREASA DEL SUELO (AUS)
En la Tabla 9. y la Grafica 6. se muestra los contenidos de la actividad ureasa del
suelo en los tratamientos del primer y segundo muestreo, ninguno presento
diferencias significativas entra las medias de los tratamientos. Los va (p=0.2357 y
(p=0.0744, respectivos).
39
La ureasa es una enzima que se encuentra distribuida ampliamente en la
naturaleza y se encuentra básicamente participando en el proceso de hidrólisis de
la urea, juega un papel importante en la descomposición de la materia orgánica
del suelo y en el ciclaje de nutrientes, es empleada como indicador de calidad,
fertilidad y manejo sustentable del suelo (Cerón L. y Melgarejol.2005;
Tabatabai,1994; Sall y Chote 2002).
Tabla 9. Actividad Ureasa del suelo en µmoles N-NH4/(gr ss*h)
Grafica 6.Actividad Ureasa del suelo en µmoles N-NH4/(gr ss*h)
Como se puede ver en la tabla 9. la actividad de esta enzima no tuvo un cambio
notable de un muestreo a otro ni tampoco de un tratamiento a otro, esto puede
ser atribuido a que la ureasa es una enzima extracelular que puede ser adsorbida
por partículas de arcilla y materia orgánica humificada a pH ligeramente básicos
(Ver Anexo 5) y a que puede ocurrir que los suelos tengan niveles de actividad
TTO Primer muestreo (PM) X10-3
Segundo muestreo (SM)X10-3
Diferencia (SM-PM) X10-3
Raq 1,73 2,03 0,29 Vin 1,39 1,53 0,14 Cac 1,82 1,79 -0,03 BCV 1,80 1,18 -0,62 BCR 1,70 1,63 -0,07 B-C 1,67 1,37 -0,30 T-Pro 1,37 2,04 0,67 T-Abs 1,32 1,63 0,31
0,00000
0,00050
0,00100
0,00150
0,00200
0,00250
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD UREASA DEL SUELO
µ moles N-NH4/(gr ss*H)
PM
SM
a
a
aa
a a a
a
a a a
a a
a
a
a
0,00000
0,00050
0,00100
0,00150
0,00200
0,00250
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD UREASA DEL SUELO
µ moles N-NH4/(gr ss*H)
PM
SM
a
a
aa
a a a
a
a a a
a a
a
a
a
40
ureásica que no están necesariamente relacionados en forma directa a la
actividad de los microorganismos (Mc Clung G,y Frankenberger WT Jr ,1985).
Además, según lo mostrado por Contreras F., et al. (2008), en la comparación
de dos tipos de labranzas, la conservacionista y la convencional se demostró y
confirmó que las prácticas de labranza conservacionista, permite una mayor
actividad de la enzima ureasa, a lo largo del ciclo del cultivo esto debido al
contenido de materia orgánica de reserva que favorece el mantenimiento de los
niveles de dicha enzima en el suelo.
Para el primer muestreo los tratamientos con mayor AUS fueron Cac, BCV,
BCR y B-C, esto era de esperarse, ya que estos tratamientos presentan cachaza,
un residuo que aporta grandes cantidades de nitrógeno al suelo y según lo
estudiado por Alvear M. et, all (2007) acerca de la actividad biológica, la biomasa
microbiana existente en el suelo es responsable en gran parte de la secreción de
la enzima Ureasa que participa en el proceso de amonificación durante la
degradación de la materia orgánica; además, los valores bajos para la AUS quizás
reflejan una menor tasa de mineralización del N. El Tratamiento Vin tuvo una
mayor tasa de mineralización del nitrógeno, lo cual se evidenció al observar los
mayores valores de NH4 de la actividad de la ureasa.
El tratamiento T-abs, presentan una actividad relativamente menor, esto es
posible debido a que la enzima en presencia de altas fuentes de carbono
proveniente de los residuos de la hojarasca, forma carbonato de amonio, un
compuesto muy inestable que si no es retenido en el suelo se volatiliza y se
pierde en la atmósfera antes de que se formen nitritos y nitratos asimilables por la
planta. Beron G. (2006).
Aunque en el tratamiento T-prov en su proceso de compostaje es adicionada
urea como fuente de nitrógeno, la AUS es baja esto es posible debido a un
41
agotamiento progresivo de las reservas del nitrógeno (N) potencialmente
mineralizable durante o a la formación de compuestos muy estables que no
permiten una buena AUS.
En el segundo muestro, los mejores tratamientos fueron el raq, vin y el T-prov
esto se debe a que al compost del Ingenio providencia, se le hacen aplicaciones
de urea durante su proceso de compostaje y la unión de esta base débil que
reacciona con la acidez de las vinaza produjo una poca formación de sales
orgánicas de amonio y que según Beron G. (2006) son un compuesto más
estables que el carbonato de amonio, cuando esta presencia de una buena
humedad del suelo, generando menos perdidas el suministro de amonio al suelo
por parte de la AUS.
En general con el T-Abs se pudo confirmar que la alta AUS se puede deber
básicamente, a que los suelos de la reserva se manejan con el enfoque
conservacionista, lo que posiblemente contribuye a que la AUS no tenga grandes
flutuaciones.
En la tabla 9. se muestran que las diferencias en los tratamientos como Raq,
Vin, T-Pro y T-Asb que variaron dependiendo de la humedad del suelo en cada
época de muestreo y de los aportes de potasio y carbono que provienen de las
fuentes orgánicas adicionadas junto con la hojarasca del encalle, ambos inducen
a que la relación C/N sea baja generando una inmovilización de N.
5.5 ACTIVIDAD NITROGENASA DEL SUELO (ANS)
La actividad de la nitrogenasa presento diferencias significativas en los dos
tratamientos (P<.0001), como se observa en la Tabla 10 y la Grafica 7, la ANS fue
mas alta en el primer muestreo donde hubo una menor humedad del suelo que
en el segundo, esto es posible ya que según Skwierinski R et al (1995) cuando se
presentan condiciones de poca humedad se produce una disminución de la ANS
42
y de la actividad respiratoria por causa de una disminución de la permeabilidad de
las células al oxígeno.
Tabla 10. Actividad Nitrogenasa del suelo en nmoles N-NH4/(g ss*h)
Grafica 7. Actividad Nitrogenasa del suelo en nmoles N-NH4/(g ss*h)
Del primer muestreo se puede ver en la Figura 7. el tratamiento B-C mostró la
ANS mas alta, esto es posible debido a que los residuos de cachaza aportan
gran cantidad de nitrógeno al suelos, de igual manera que el tratamiento Cac,
BCV y BCR todos compuestos por cachaza y que tienen una variante en la
componente de estos tratamientos, como es la vinaza y el raquis, con la vinaza
como se demostró en 5.2 , presenta mayor biomasa microbiana y lo mas posible
TTO Primer muestreo (PM) X10-3
Segundo muestreo (SM)X10-3
Diferencia (SM-PM) X10-3
Raq 3,11 1,87 -1,24 Vin 3,16 1,90 -1,27 Cac 6,12 1,53 -4,59 BCV 6,19 2,17 -4,02 BCR 3,11 2,18 -0,93 B-C 8,91 1,78 -7,13 T-Pro 2,89 1,44 -1,44 T-Abs 1,48 1,81 0,33
0,00000,00100,00200,00300,00400,00500,00600,00700,00800,0090
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD NITROGENASA DEL SUELO
nanomoles N-NH4/(gr ss*H)
PM
SM
a
a
cd
b b
d
c c c
ba abb bc c
0,00000,00100,00200,00300,00400,00500,00600,00700,00800,0090
Raq Vin Cac BCV BCR B-C T-Pro T-Abs
TRATAMIENTOS
ACTIVIDAD NITROGENASA DEL SUELO
nanomoles N-NH4/(gr ss*H)
PM
SM
a
a
cd
b b
d
c c c
ba abb bc c
43
es que esta actividad provenga de allí, lo que no ocurrió con el raq y BCR el cual
presento una menor BMS en comparación con los tratamientos Vin y BCV.
El T-pro presenta una baja ANS esto se debe básicamente a que en el proceso
de compostaje se puede volatilizar gran parte del amonio liberado por los
microorganismos y que no alcanzan a llegar al campo.
En el segundo muestreo los tratamientos BCR, y BCV presentaron las mayores
ANS esto puede ser posible debido a que en el suelo se pueden formar
compuestos de N inorgánico que provienen de la mezcla de los residuos, con el
potasio y el fosforo, con los cuales los microorganismos son capaces de fabricar
aminoácidos, proteínas y fijar N2.
Los tratamientos Vin, Raq, B-C y T-Abs mostraron una baja actividad y es
posible debido a que los compuestos cuando están solos no proporcionan las
condiciones ideales para los microorganismos puedan fijar N2, ya que los
residuos aportan bajas cantidades de nitrógeno y mayores contenidos de potasio
y fósforo. En Cac y T-pro se observa que aunque aportan buenos contenidos de
nutrientes es posible que estén formando compuestos mas estables que no
permitan ejercer una buena ANS por parte de los microorganismos (Ver Anexo 4
y 5).
En la Tabla 10. se muestran las diferencias entre los dos muestreos, mostrando
que los valores negativos se deben básicamente a la temperatura y la
humedad, ya que parecen ser factores que influye notablemente en la ANS, bien
sea regulando el uso de reservas de carbohidratos que aumentan la ANS o por la
sensibilidad de la nitrogenasa a cambios de temperatura del suelo ( Skwierinski R
et al, 1995)
44
5.6 CORRELACIONES ENTRE VARIABLES EVALUADAS
En la Tabla 11. se pueden observar las correlaciones entre las variables de
interés para cada una de las respectivas épocas de muestreo, aquí se
interpretaran las correlaciones mayores a 0.65, valor estipulado por el
investigador, debido a que son variables sobre las cuales tiene gran influencia
los factores ambientales.
pH AMS BMS CM AUS ANS MO NT* NA* S P Ca K
pH -0,83 -0,07 -0,33 -0,60 -0,72 -0,68 -0,68 -0,68 0,10 0,10 -0,28 -0,59
AMS -0,23 0,18 0,36 0,39 0,75 0,39 0,39 0,39 0,04 -0,13 0,43 0,43
BMS -0,21 0,75 -0,78 0,15 -0,13 -0,24 -0,24 -0,24 -0,06 0,49 0,32 0,54
CM -0,20 0,28 -0,29 -0,16 0,43 0,36 0,36 0,36 0,23 -0,45 0,21 -0,21
AUS 0,54 -0,28 0,19 -0,53 0,61 0,71 0,71 0,71 -0,67 -0,40 -0,26 0,25
ANS 0,07 -0,09 -0,66 0,76 -0,61 0,47 0,47 0,47 -0,01 -0,30 0,17 0,04
MO -0,84 0,41 0,49 0,23 -0,31 -0,15 1,00 1,00 -0,66 -0,67 0,03 0,28
NT* -0,84 0,41 0,49 0,23 -0,31 -0,15 1,00 1,00 -0,66 -0,67 0,03 0,28
NA* -0,84 0,41 0,49 0,23 -0,31 -0,15 1,00 1,00 -0,66 -0,67 0,03 0,28
S -0,25 0,49 0,69 -0,37 -0,14 -0,27 0,46 0,46 0,46 0,69 0,35 -0,09
P -0,05 0,51 0,03 0,39 -0,60 0,58 0,00 0,00 0,00 0,35 0,10 0,36
Ca -0,06 0,12 0,51 -0,75 0,37 0,77 -0,09 -0,09 -0,09 0,32 -0,31 0,17
K 0,34 0,19 -0,21 0,52 0,22 0,31 -0,30 -0,30 -0,30 -0,46 -0,08 -0,24 *Son valores obtenidos de multiplicar una constante por el % M.O.S.
Tabla 11. Matriz de Correlaciones de las Variables en estudio
Para el primer muestreo (parte superior de la tabla), se observan que la variable
pH tiene una relación lineal negativa con la M.O. (r=-0,68), AMS(r =-0,83) y ANS
(r=-0,72), esto se debe básicamente a que durante el proceso de descomposición
de los materiales orgánicos se libran grupos carboxilos que tienden a bajar el pH.
Como el pH afecta a la actividad microbiana que es necesaria para provocar la
transformación de ciertos elementos, es decir que cuando el pH en este caso
aumenta a más de 7,5 la actividad se ve afectada negativamente.
PM SM
45
En el caso del Nitrógeno cuyas formas inorgánicas son todas solubles
independientemente del pH, no debería verse afectado, sin embargo para estos
valores de pH se disminuye la actividad bacteriana con lo que aumenta la
volatilización de amonio y se disminuye la oxidación a nitrato, por esto hay una
correlación negativa con la ANS (r=-0,72) siendo su pH optimo de actividad entre 6
y 7.
La AMS presento una relación lineal con la ANS (r=0,75) esto es posible debido a
que ambas actividades están mediada por la población de microorganismos
existentes, mostrando que a medida que se degrada la materia orgánica se fija
nitrogeno.
La BMS tiene una correlación negativa con el CM (-0,78), esto se debe a que
cuando aumentan las población de microorganismos y son muy pocos los que
ejercen su actividad en el suelo, esta variable disminuye, indicando poca
eficiencia o menor gasto de carbono.
La AUS muestra una relación directa con la M.O. (r=0,71) e indirecta con S
(r=0,67) esto es posible debido a que la presencia de materia orgánica y restos
vegetales frescos incrementan un gran número de bacterias, hongos y
actinomicetos poseen esta enzima.
La M.O se encuentra relacionada con el P(r=0,67) ya que el fósforo orgánico que
procede de los residuos es descompuesto por los microorganismos del suelo en
el liberando iones de fosfato inorgánico que puedan ser aprovechados por las
raíces de las plantas, caso similar a lo que ocurre con el azufre (r=0,67) en donde
por medio de la degradación de los residuos por parte de los microorganismos se
liberan iones inorgánicos, en este caso de sulfatos.
46
Bajo condiciones de alta humedad del suelos, de igual forma que en el primer
muestreo, el pH tiene una relación inversa con la M.O (r=-0,84), la BMS y la AMS
(r=0,75) tuvieron una relación directa que no se observo anteriormente, esto es
posible debido a que aunque la humedad del suelo causo una disminución
notable en la BMS, la actividad de los microorganismos no cesó, caso contrario a
lo que se observa con la ANS (r=-0,66) en donde la humedad pudo haber afectado
el potencial omótico de los microorganismos reduciendo su actividad; con S, la
BMS mostró que los microorganismos extrajeron el azufre de compuestos
orgánicos (proceso de desulfuración) bajo en condiciones anaerobias.
El CM presento una relación lineal con la ANS (r=0,76) esto se esperaba, ya que
como se observo, la degradación de la materia orgánica por parte de los
microorganismos del suelo favoreció la actividad de la enzima bajo estas
condiciones.
La ANS mostró una correlación con el Ca (r=0,77) esto es debido a que el calcio
bajo condiciones anaeróbicas ayuda en el proceso de fijación de N2 generando
estabilidad y protección a la Nitrogenasa en condiciones de estrés
47
6. CONCLUSIONES
• En cuanto a la actividad y biomasa microbiana se puede concluir que
son parámetros que dependen mucho de las condiciones ambientales, así
como de los residuos que se adicionen en campo, es decir que para este
ensayo se pudo observar que las fuentes orgánicas sin compostar
aplicadas en cultivos de caña de azúcar, fueron mayores que en aquellos
suelos en los cuales no hubo adición ó en los cuales se adiciono el
compost del ingenio providencia.
• Este es el primer estudio realizado en Colombia donde se determina la
actividad enzimática de la Ureasa y la Nitrogenasa, es de rescatar que
para poder realizar dichas determinaciones, se partió de la experiencia
y creatividad del grupo de investigación, donde para la ureasa se
modifico y estandarizo de acuerdo a los equipos existentes y a las
condiciones de la zona, para la nitrogenasa se creo una sistema de flujo
de gases artesanal y se estandarizo la metodología tomando como
referencia el articulo antes mencionado .
• La actividad de la ureasa y nitrogenasa depende de la biomasa
microbiana que existe en el suelo y de igual forma de la composición de
los residuos adicionados en campo, esto por que las enzimas aprovechan
la degradación de los residuos por parte de los microorganismos del suelo
para fijar nitrógeno.
48
• Como en Colombia no se presentaron patrones de comparación sobre la
actividad de estas dos enzimas, ya que no existen estudios como tal, que
determinen dicha actividad por medio de las técnicas metodologías
empleadas en este trabajo, es imposible tratar de explicar de una manera
exacta y concreta lo que sucede en el suelo, además aunque
internacionalmente se han empleado otras metodologías bajo diferentes
condiciones ambientales estas no podrían ser extrapoladas debido a que
sus estudios han sido reportados en diferentes cultivos y condiciones
edáficas diferentes a nuestra condición de trópico.
49
7. RECOMENDACIONES
Como este estudio es pionero, abre una puerta a nuevas investigaciones que
contribuyan al conocimiento del sistema suelo – planta – microorganismos, y esw
por este motivo que se recomienda:
• Evaluar la actividad de las enzimas ureasa y nitrogenasa en diferentes
condiciones edáficas, teniendo en cuenta la distribución espacial y temporal
de los microorganismos del suelo y la influencia de los factores ambientales
• Validar las metodologías empleadas comparándolas con diversos
estándares de referencia.
• Desarrollar esta investigación bajo diferentes condiciones de manejo del
cultivo de caña de azúcar, como por ejemplo caña quemada y sin quemar,
además de diversos sistemas agrosostenibles.
• Realizar correlaciones entre la actividad enzimática, metales pesados y las
sustancias húmicas del suelo
50
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58
ANEXOS
59
Anexo 1
Proceso de los tratamientos antes de aplicarse en campo
⇒ En cuanto al tratamiento 1, el lixiviado del raquis de plátano fue obtenido
utilizando camas de descomposición, luego de dos semanas de instaladas las
camas se recogió en porrones de 5 galones. Posteriormente se guardara bajo
sombra y a temperatura ambiente por un tiempo no mayor a un mes.
⇒ Para el tratamiento 2, la vinaza fue diluida al 10%.
⇒ Para el tratamiento 3 la Cachaza fue aplicada como llega después de que ha
pasado por el proceso industrial.
⇒ Para los tratamientos 4,5 y 6 los residuos sólidos (Bagazo y cachaza) fueron
colocados en capaz sobre el suelo, junto con la vinaza diluida al 10%, detal
forma que queden estratificados con las proporciones especificadas para
evitar errores experimentales.
⇒ Para el tratamiento 7, se empleo el Compost terminado del Ingenio
Providencia el cual es obtenido de la planta de compostaje
⇒ El tratamiento 8, fue el referente absoluto
Los tratamientos 1 y 2 fueron aplicados sobre el surco con, los tratamientos
3,4,5 y 6 fueron colocados por capaz entre los surcos con hojarasca de las
parcelas de 9 m2. El tratamiento 7 se aplico en el surco con hojarasca según las
especificaciones de ingenio.
Tanto los tratamientos como los suelos de las unidades experimentales se
llevaran al laboratorio para realizar los análisis correspondientes.
60
Anexo 2
Toma de muestras para la determinación de actividad microbiana y enzimática
Para ajustar la metodología que determine la actividad microbiana y enzimática, se
realizaron muestreos en el suelo antes, durante y después de la aplicación de los
tratamientos.
• Toma de muestras
Se tomaron muestras de 1 Kilogramo de suelo rizosférico en cada una de las
parcelas o unidades experimentales, conformada por 5 sub muestras tomadas a
una profundidad de 0-5 cm por medio de un muestreo aleatorio simple.
- En cada sitio de muestreo se removieron las plantas y hojarasca fresca (1-3 cm),
luego se introducirá una pala a una profundidad de 5 cm y se transfiere
aproximadamente de 100- 200 g suelo a un balde plástico limpio. Las
herramientas se limpiarán después de tomar cada submuestra.
-Se removieron piedras, raíces gruesas, lombrices e insectos del suelo que
afecten las determinaciones en el laboratorio.
- Posteriormente se transfirieron 1 kg de suelo a una bolsa plástica limpia lo
suficientemente perforada para no alterar la actividad bioquímica del suelo. La
bolsa no debe cerrarse y marcarse con el nombre o número de la parcela.
- Se enviaron al laboratorio de suelos lo más pronto posible después de la toma de
la muestra.
- Como la muestra fue transportada, se mantuvo a temperatura ambiente y no
expuesta al sol.
- Una vez llegaron las muestras se colocaron refrigeración no frost de 4-10 °C.
61
Anexo 3
Toma de muestras de suelos para análisis químico
Los análisis químicos completos para muestras de suelos tienen como fin
determinar el estado nutricional antes y después del uso de las fuentes orgánicas
en las parcelas o unidades experimentales.
Dentro de cada unidad experimental se tomará una muestra (1 kg) que
representa un terreno homogéneo que se compone de 10 submuestras tomadas
aleatoriamente. En cada sitio de muestreo se removieron las plantas y hojarasca
fresca (1-2 cm), luego se introdujo un barreno o pala a una profundidad de 20
cm y se transfirió aproximadamente de 100- 200 g suelo a un balde plástico
limpio. Las herramientas se limpiarán después de tomar cada submuestra.
Se removieron piedras, raíces gruesas, lombrices e insectos del suelo que
afecten las determinaciones en el laboratorio.
- Posteriormente se transfirieron 1 kg de suelo a una bolsa plástica limpia. La
bolsa se cerró y se rotulo con el nombre o número de la parcela.
- Fueron enviadas al laboratorio de suelos lo más pronto posible en el transcurro
de las 24 horas siguientes de la toma de la muestra.
- Como la muestra fue transportada, se mantuvo a temperatura ambiente y no
expuesta al sol. Sí ésta se encuentra muy húmeda se secará a la sombra.
62
Anexo 4
Análisis químico de los residuos.
Compost Prov Lix Raquis
10% Vinaza 10% CACHAZA BAGAZO
NITROGENO % 0,81 0,00 0,04 0,42 FOSFORO % 0,57 0,01 0,10 1,10 0,04 POTASIO % 1,44 0,93 2,23 0,04 0,11 CALCIO % 0,08 0,05 0,02 3,20 0,10
MAGNESIO % 0,03 0,00 0,01 0,90 0,10 SODIO (ppm) 0,02 0,00 0,08 0,06 0,04 COBRE (ppm) 831,70 162,70 86,40 74,00 2,30 HIERRO (ppm) 2,26 137,50 215,30 1,47 1,05 ZINC (ppm) 93,30 4,70 805,00 22,70 24,70
MANGANESO (ppm) 557,30 1,30 8,70 895,00 64,00
BORO (ppm) 54,00 2,50 3,20 64,70 9,90
63
Anexo 5.
Análisis químico de los suelos
TTO
pH
MO
%
Carbono
Orgánico *
Nitrógeno
Total
Nitrógeno
Asimilable
S
ppm
P
ppm
Ca
Meq/100 gr
K
Meq/100 gr
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
PM
SM
Raq
7,6
7,9
5,69
3,6
3,3
2,088
0,28
0,18
2254,50 1890,00
27,80
448,4
73
83
14,2
15,8
0,85
0,79
Vin
7,7
7,8
6,02
5
3,492
2,9
0,38
0,25
1884,38 2058,75
71,54
508,3
139
141
14,2
15,3
0,91
0,93
Cac
7,7
7,6
3,59
3,4
2,082 1,972
0,39
0,17
2184,75 2171,25
22,86
319,1
58
71
14,6
15,9
0,85
0,68
BCV
7,7
7,7
4,74
4,8
2,749 2,784
0,39
0,24
2095,88 2058,75
30,08
375,9
59
142
12
14,3
0,72
0,63
BCR
7,7
7,7
4,84
5,3
2,807 3,074
0,37 0,265 2184,75 2295,00
26,57
285,8
69
96
11,1
11,4
0,84
0,93
B-C
7,6
7,5
3,39
3,8
1,966 2,204
0,39
0,19
2223,00 2553,75
56,97
710,7
61
114
14,5
16
0,73
0,63
T-Pro
7,7
7,7
4,26
4,5
2,471 2,61
0,40 0,225 2148,75 2227,50
39,06
499,3
51
81
14,5
17,3
0,82
0,72
T-Abs
7,9
7,8
4,26
4,7
2,471 2,726
0,38 0,235 1918,13 2238,75
50,07
633,6
72
126
13,4
13,3
0,55
0,57
* Factor de Vanbemmele: la materia orgánica contiene el 58% del carbono orgánico
