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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