View/Open - Instituto Politécnico Nacional

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Centro Interdisciplinario de
Investigación para el Desarrollo Integral
Regional Unidad Michoacán
EFECTO DE LA ADICIÓN DE VERMICOMPOSTA EN LA
MINERALIZACIÓN DE CARBONO Y BIOMASA MICROBIANA EN UN
SUELO AGRÍCOLA
Tesis
Para obtener el grado de:
Maestro en ciencias en producción agrícola sustentable
Presenta:
Verónica Sosa Torres
Director de tesis:
Dra. Dioselina Álvarez Bernal
Dr. Guillermo Herrera Arreola
Jiquilpan Michoacán, Diciembre de 2012.
AGRADECIMIENTOS
Tras estos años de extenso trabajo querría agradecer a todos los organismos y
personas que han aportado en mayor o menor medida su granito de arena para la
elaboración de esta tesis de maestría:
 Agradezco al Instituto Politécnico Nacional, el apoyo y las facilidades para
iniciar y terminar mis estudios de postgrado.
 Agradezco al centro interdisciplinario de investigación para el desarrollo
integral regional unidad Michoacán (CIIDIR-IPN), el apoyo y las facilidades
para iniciar y terminar mis estudios de postgrado.
 A mi directora de tesis, la Dra. Dioselina Álvarez Bernal, agradezco
infinitamente
todo
su
apoyo,
por
compartir
desinteresadamente
sus
conocimientos, experiencias, consejos, paciencia y comprensión en los
momentos difíciles de mi maestría.
 Agradezco al Dr. Eloy Conde Barajas, por el apoyo brindado durante mi
permanencia en el laboratorio del departamento de Ingeniería Ambiental en el
Instituto Tecnológico de Celaya, Gto.
 A mis compañeros tesistas Javier Pérez Inocencio y Erica Yuliet Talavera
Díaz, dirigidos por la Dra. Dioselina Álvarez Bernal, por su ayuda,
intercambios de opiniones, sugerencias y recomendaciones sobre los trabajos.
 Gracias a todos los auxiliares y técnicos del CIIDIR-IPN Michoacán, y en
especial agradecimiento a la técnica: Erendira Jazmin Medellin Novoa por su
valiosa ayuda y aportación a la realización de mi proyecto.
DEDICATORIAS
 A Dios, por que me ha dado la oportunidad de vivir la experiencia del saber y
por ayudarme a alcanzar mis metas.
 A mis padres Ignacio Sosa Servin y Teresa Torres Rincón. He llegado a esta
etapa gracias a ustedes; gracias por su paciencia y comprensión, por que a
pesar de las dificultades y carencias han realizado el máximo esfuerzo para
darme lo mejor; reconozco su infinito esfuerzo por educarme y formarme, por
los valores que siempre me han inculcado. Esta tesis se las dedico con mucho
cariño, como un símbolo de gratitud por el amor incondicional que siempre me
han manifestado.
 A mis hermano(a) s: Carmen, Abraham, Cecilia, Sofía e Ignacio; ustedes han
sido un motor para lograr mis propósitos, gracias por su ayuda y fortaleza. En
particular a mi hermana Cecilia, por su gran apoyo.
ÍNDICE DE CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. iv
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................... v
RESUMEN .................................................................................................................. vi
ABSTRACT ................................................................................................................ vii
1.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.1
El suelo ........................................................................................................ 1
1.1.1 Características generales............................................................................ 1
1.1.2 Formación del suelo .................................................................................... 2
1.1.3 Composición del suelo ................................................................................ 3
1.1.4 Contaminación de los suelos ...................................................................... 5
1.1.4.1 Contaminación puntual ......................................................................... 6
1.1.4.2. Contaminación no puntual ................................................................... 7
1.2 Insumos químicos ........................................................................................... 7
1.2.1 Uso de plaguicidas en la agricultura .......................................................... 8
1.2.2 Deterioro de los suelos agrícolas por plaguicidas ..................................... 9
1.2.3 Porcentaje de uso de plaguicidas ............................................................ 10
1.3 Calidad del suelo ........................................................................................... 11
1.3.1 Indicadores de la calidad del suelo ........................................................... 13
1.3.2 Biomasa microbiana como un indicador de la calidad del suelo ............... 15
1.4 Métodos para cuantificar biomasa microbiana en suelos ......................... 16
1.4.1 Método de fumigación –Incubación con cloroformo (FI)............................ 17
1.4.2 Método de fumigación –extracción con cloroformo (FE) ........................... 18
1.5 Ciclos biogeoquímicos.................................................................................. 19
1.5.1 Ciclo del carbono y su relación con la biomasa microbiana del suelo ....... 20
1.5.2 Mineralización del carbono ........................................................................ 22
1.6 La materia orgánica del suelo ...................................................................... 23
1.7 Enmiendas orgánicas .................................................................................... 25
i
1.7.1 Efectos de los abonos orgánicos sobre las características químicas del
suelo................................................................................................................... 25
1.8 La vermicomposta ......................................................................................... 26
1.8.1 Características de la vermicomposta ........................................................ 26
2.
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 28
3.
OBJETIVO GENERAL....................................................................................... 29
3.1 Objetivos específicos .................................................................................... 29
4.
HIPÓTESIS ........................................................................................................ 30
5.
MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................. 31
5.1
Sitio Experimental y muestreo de suelos ............................................... 31
5.2
Esquema general de investigación ......................................................... 32
5.3
Características fisicoquímicas de los suelos ......................................... 33
5.4
Pre-Acondicionamiento de suelos .......................................................... 33
5.5
Caracterización de la vermicomposta ..................................................... 34
5.6
Esterilización del suelo ............................................................................ 34
5.7
Cuantificación de Biomasa microbiana .................................................. 34
5.7.1 Método de Fumigación - Incubación (FI) ................................................... 35
5.7.2 Método de FumigaciónExtracción (FE) ................................................... 35
6.
5.8
Dinámica de carbono ................................................................................ 36
5.9
Incubación aerobia ................................................................................... 36
5.10
Análisis estadístico................................................................................... 37
RESULTADOS .................................................................................................. 38
6.1
Caracterización fisicoquímica del suelo ................................................. 38
6.2
Caracterización fisicoquímica de la vermicomposta ............................. 41
6.3
Estimación del carbono de biomasa microbiana: .................................. 42
ii
6.3.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
Incubación (FI) en el suelo de san Gregorio. ..................................................... 42
6.3.2 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
extracción (FE) en el suelo de San Gregorio ..................................................... 44
6.3.2.1 Carbono de biomasa en los suelos de San Gregorio ......................... 44
6.3.2.2 Nitrógeno reactivo ninhidrina (NRN) en suelos de San Gregorio........ 46
6.4 Dinámica de carbono en los suelos de San Gregorio ................................ 48
6.5 Mineralización de N inorgánico (NH4+, NO2-, NO3-) ...................................... 50
7.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ...................................................................... 53
7.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana: ...................................... 53
7.1.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
Incubación (FI) en el suelo de san Gregorio. ..................................................... 53
7.2 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
extracción (FE) en el suelo de San Gregorio ..................................................... 54
7.2.1 Carbono de biomasa en los suelos de San Gregorio ................................ 54
7.2.2 Nitrógeno reactivo a ninhidrina (NRN) en suelos de San Gregorio ........... 55
7.2 Emisión de CO2 en los suelos de San Gregorio .......................................... 56
7.3 Mineralización de nitrógeno inorgánico (NH4+, NO2-, NO3-) ........................ 57
8.
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 60
9.
ANEXOS ............................................................................................................ 67
iii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Esquema general de las fracciones que componen un suelo ....................... 4
Figura 2 El ciclo del carbono ..................................................................................... 21
Figura 3 Diagrama representativo del ciclo de carbono en un agrosistema .............. 22
Figura 4 Muestreo del suelo de San Gregorio ........................................................... 32
Figura 5 Esquema general de investigación ............................................................. 32
Figura 6 Producción de CO2, carbono de biomasa microbiana ................................. 44
Figura 7 Cuantificación de C de biomasa por el método de FE ................................ 46
Figura 8 C de biomasa microbiana obtenida por nitrógeno reactivo a Ninhidrina. .... 47
Figura 9 Emisión de CO2 (mg C Kg-1 de suelo) en una muestra de suelo de san
Gregorio con vermicomposta, incubado 28 días. ............................................... 49
Figura 10 Cuantificación de nitrógeno inorgánico ..................................................... 52
Figura 11 Curva de calibración para nitrógeno reactivo ninhidrina............................ 69
Figura 12 Curva de calibración para nitratos ............................................................. 70
Figura 13 Curva de Calibración para nitritos ............................................................. 71
Figura 14 Curva de calibración para amonio ............................................................. 71
iv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Utilización de plaguicidas por regiones ........................................................ 11
Tabla 2 Conjunto de indicadores físicos, químicos y biológicos propuestos para
monitorear los cambios que ocurren en el suelo. ............................................... 14
Tabla 3 Tratamientos utilizados en el estudio ........................................................... 34
Tabla 4 Caracterización fisicoquímica del suelo........................................................ 40
Tabla 5 Continuación de caracterización fisicoquímica ............................................. 40
Tabla 6 Caracterización físico química de la vermicomposta .................................... 41
Tabla 7 Emisiones de CO2 en mg C Kg-1 suelo ......................................................... 67
Tabla 8 Cuantificación de amonio (NH4+) en mg N Kg-1 suelo .................................. 67
Tabla 9 Cuantificación de Nitritos (NO2-) en mg N Kg-1 suelo ................................... 68
Tabla 10 Cuantificación de Nitratos (NO3-) en mg N Kg-1 suelo ................................ 68
v
RESUMEN
A pesar de la importancia para la vida, el suelo no ha recibido de la sociedad la atención que
merece. Su degradación es una seria amenaza para el futuro de la humanidad. Por lo tanto
nos enfrentamos al desafío de intensificar, preservar e incrementar la calidad del suelo
haciendo uso de enmiendas orgánicas. Las enmiendas orgánicas, por su composición son
formadoras de humus y enriquecen al suelo con este componente, modificando algunas de
sus propiedades físicas y biológicas. La biomasa microbiana (BM) del suelo es uno de los
componentes indispensable de todos los ecosistemas terrestres, es responsable de regular
la descomposición de material orgánico y los ciclos biogeoquímicos de nutrimentos. La
cantidad y composición de la biomasa microbiana es sensible a los cambios físicos, químicos
y biológicos del suelo, por lo que se considera un indicador de la calidad edáfica. En este
sentido se cuantificó la biomasa microbiana como un índice de calidad por los métodos de
fumigación incubación (FI) para medir la producción de CO2 y fumigación extracción (FE)
para medir el carbono de biomasa (CBM) y nitrógeno reactivo a ninhidrina (NRN). Se
realizaron 5 tratamientos al suelo de San Gregorio y al suelo control al cual se le aplicó
vermicomposta. La mineralización de C y la producción de NH4+, NO2- y NO3-, se evaluaron
en un experimento de incubación aerobia. La FI muestra que la respiración fue mayor en los
tratamientos que se les aplicó vermicomposta en el suelo de San Gregorio (SG), por lo tanto
la vermicomposta permitió que el suelo secuestre o retenga más carbono, el cual se vio
reflejado en una mayor mineralización de carbono. En la cuantificación de biomasa
microbiana hubo un efecto positivo C-BM en los suelos enmendados con vermicomposta,
siendo significativamente mayor el tratamiento que se le aplicó vermicomposta (38761-3286
mg C kg-1 suelo). En la incubación aerobia se determinó el nitrógeno inorgánico (NH4+, NO2- y
NO3-), los tratamiento a los que se les aplicó vermicomposta presentaron mayor
mineralización del nitrógeno por los microrganismos y materia orgánica que le proporcionó la
enmienda al suelo, mejorando el proceso de nitrificación. El suelo control con una previa
historia de fertilización orgánica, exhibió los mayores valores en la mineralización del
carbono y carbono de biomasa. La adición de enmiendas orgánicas como la vermicomposta
al suelo de San Gregorio incrementó la capacidad de retención de carbono del suelo, medido
como la tasa respiratoria, teniendo un efecto positivo sobre el mejoramiento de la calidad
edáfica.
vi
ABSTRACT
Even though the soil is so important to sustain life; it hasn’t received the proper attention from
society. Its degradation is a serious menace for the future of humanity. Therefore, we are
facing the challenge of intensifying, preserving and increasing the quality of soil by using
organic amendments. Organic amendments, for their composition characteristics, form
humus and nourish the soil with this component. With this it modifies physical and biological
properties. Edaphic biological properties like microbial biomass (BM) are one of the
indispensable components of every terrestrial ecosystem. It is responsible for regulating the
decomposition of organic materials, and nutrient cycles. The quantity and composition of
microbial biomass (BM) is sensible to physical, chemical and biological changes of the soil.
This is why (BM) is considered an indicator of edaphic quality. (BM) has been quantified as
an index of quality by Fumigation- Incubation (FI) to measure the production of CO2, and by
fumigation extraction (FE) to measure biomass carbon (CBM) as well as reactive nitrogen
ninhydrin (NRN). 5 treatments were performed to the San Gregorio soil, and also to the
control sample. The mineralization of C and the production of NH4+, NH2-, and NH3- were
evaluated during an experiment of aerobic incubation. The FI method reveals that the
emission of CO2 was greater on the treatment S+VC and SE+VC in the sample of San
Gregorio soil. Thus the vermicompost is proportioning the microorganism the needed
substratum (carbon), and in general more mineralization of the carbon. In the quantification of
microbial biomass there was a positive effect C-BM in the soils treated with vermicompost;
being the treatment S+VC (38761-3286 mg C kg-1 soil) significatively greater. In the aerobic
incubation that was performed, inorganic nitrogen (NH4+, NO2- y NO3-). In the treatments were
vermicompost was applied, a positive effect was observed due to the fact that there was a
greater mineralization of nitrogen by the microorganisms and the organic matter that the
amendments gave to the soil, thus improving the process of nitrification. The control sample
of soil, with a precious history of organic fertilization, showed the greater values in the
mineralization of carbon and from carbon to biomass. The addition of organic amendments,
like the vermicompost, to San Gregorio soil increased the mineralization of carbon and
microbial biomass, thus having a positive effect on the improvement of edaphic quality.
vii
1. Introducción
1. INTRODUCCIÓN
1.1 El suelo
A pesar de la importancia para la vida, el suelo no ha recibido de la sociedad la
atención que merece. Su degradación es una seria amenaza para el futuro de la
humanidad. Por lo tanto, los científicos se enfrentaran al triple desafío de intensificar,
preservar e incrementar la calidad del suelo.
El suelo es una parte fundamental de los ecosistemas terrestres. Contiene agua y
elementos nutritivos que los seres vivos utilizan. En él se apoyan y nutren las plantas
en su crecimiento y condiciona, por lo tanto, todo el desarrollo del ecosistema. El
suelo se forma en un largo proceso en el que interviene el clima, los seres vivos y la
roca más superficial de la litosfera. Este es un proceso de sucesión ecológica en el
que va madurando el ecosistema suelo (Ibañez et al., 2004).
1.1.1 Características generales
El suelo es un componente esencial del ambiente en el que se desarrolla la vida; es
vulnerable, de difícil y larga recuperación (tarda desde miles a cientos de miles de
años en formarse), y de extensión limitada, por lo que se considera un recurso
natural no renovable (Arroyave et al., 2009).
El suelo provee importantes funciones ambientales, tales como ser el sustento para
las plantas, almacenar nutrientes, materia orgánica proveniente de restos animales y
vegetales, ser el hábitat de diversos organismos que transforman la materia orgánica
y participan en el ciclo de los nutrientes como C y N, entre otros factores que lo
hacen ser esencial en el desarrollo de los ecosistemas de los cuales forma parte
(Hernández et al., 2010B).
1
1. Introducción
Este recurso se utiliza para fines muy diversos: agricultura, ganadería, pastizales,
extracción de minerales y de materiales para la construcción, soporte para las
edificaciones, eliminación de residuos y actividades de ocio y recreo, entre otros
(Arroyave et al., 2009).
1.1.2 Formación del suelo
Las múltiples transformaciones físicas y químicas que el suelo sufre en un proceso
de formación llevan a unos mismos productos finales característicos en todo tipo de
suelo: arcillas, arenas, limos, ácidos húmicos, etc., sin que tenga gran influencia el
material originario del que el suelo se ha formado (Ibañez et al., 2004).
La formación de los suelos es un proceso muy complejo y muy lento, ya que
involucra varios factores independientes entre sí:
a) El material parental: también llamado roca madre, consistente en rocas
sedimentarias que constituyen el aporte mineral al suelo, así como un
elemento indispensable para su formación.
b) El clima: influye notablemente en la formación del suelo, ya que los fenómenos
atmosféricos que en su conjunto determinan el clima son los responsables de
la meteorización, el lavado y gran parte del transporte de los materiales en el
suelo.
c) Los factores bióticos: el suelo es un sistema vivo, y por lo tanto todas las
especies de plantas, animales y microorganismos que viven en él lo modifican
y son responsables de los procesos de reciclaje de los materiales.
2
1. Introducción
d) Topografía: se refiere al relieve del terreno y afecta la cantidad de agua que
entra al suelo, puesto que penetra más agua en un terreno llano que en uno
con pendiente.
e) El tiempo: es el factor fundamental para la formación de los suelos, ya que los
procesos edafogéneticos son muy lentos, se ha estimado que la formación de
un suelo maduro requiere de 2.000 a 20.000 años, de acuerdo con acidez, la
lixiviación y los factores de la geodinámica externa de la tierra (Ibañez et al.,
2004).
1.1.3 Composición del suelo
En el suelo encontramos materiales procedentes de la roca madre fuertemente
alterados, seres vivos y materiales descompuestos procedentes de ellos, además de
aire y agua. El suelo es un cuerpo natural, no consolidado, compuesto por sólidos
(materiales minerales y orgánico), líquidos y gases, que se caracteriza por tener
horizontes o capas diferenciales, resultado de las adiciones, pérdidas, transferencias
y transformaciones de energía y materia a través del tiempo, y cuyo espesor puede ir
desde la superficie terrestre hasta varios metros de profundidad.
El suelo es una mezcla compleja de materiales inorgánicos (fracción mineral,
formada principalmente de arcillas, limo y arena), materia orgánica, agua/aire y
organismos vivos como se muestra en la figura 1 (INEGI, 2010).
3
1. Introducción
Figura 1 Esquema general de las fracciones que componen un suelo
(INEGI, 2010)
a) Fracción mineral: Los componentes minerales constituyen la mayor parte
de la estructura de un suelo (Figura 1). En orden de abundancia, los
elementos más comúnmente encontrados en los minerales son: O > Si > Al
> Fe > C > Ca > K > Na > Mg >Ti. Los minerales se dividen en primarios y
secundarios; los primeros se encuentran constituidos principalmente por O
y Si y forman silicatos de estructuras Si-O (grava y arena). Los minerales
secundarios, provenientes de procesos de disolución y precipitación, son
de suma importancia debido a su superficie de reacción, y a que sirven
como depósitos de agua, nutrientes y materia orgánica, lo que le confiere
la parte activa de un suelo (arcillas).
b) Fracción orgánica: Está constituida por desechos vegetales y animales,
además de cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada
4
1. Introducción
humus. La fracción orgánica en un suelo puede ser muy variable: un suelo
árido puede contener cerca de 0.5%, mientras que una turba puede tener
alrededor de 95%, sin embargo la mayoría de los suelos, en general, tiene
un contenido de materia orgánica entre 0.5 y 5% (Ibañez et al., 2004).
c) Fracción agua/ gases: los espacios, o poros, que hay entre partículas
sólidas (orgánicas e inorgánicas) del suelo, contienen diversas cantidades
de dos componentes inorgánicos clave: el agua y el aire. El agua es el
principal componente líquido de los suelos y contiene sustancias
minerales, oxigeno (O2) y dióxido de carbono (INEGI, 2010).
1.1.4 Contaminación de los suelos
Una de las principales problemáticas en el ámbito ambiental y empresarial es la
pérdida o degradación de recursos naturales que comprometa la generación de
satisfactores sociales y económicos, razón por la cual es fundamental conocer cuáles
son las principales fuentes de contaminación del recurso suelo y cuál es la diferencia
entre un suelo contaminado y uno alterado. Así la contaminación es la presencia en
la atmosfera, el agua o el suelo, de sustancias no deseables, en concentraciones,
tiempo y circunstancias tales, que puedan afectar significativamente la salud y
bienestar de las personas. De esta manera, se puede decir que un suelo esta
contaminado, cuando las características físicas, químicas o biológicas originales han
sido alteradas de manera negativa, debido a la presencia de componentes de
carácter peligroso para el ecosistema; en este caso, la productividad que el suelo
tenía, se pierde total o parcialmente (Arroyave et al., 2009).
La contaminación del suelo consiste en una degradación química que provoca la
pérdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la
acumulación de sustancias tóxicas en unas concentraciones que superan el poder de
amortiguación natural del mismo y que modifican negativamente sus propiedades. La
5
1. Introducción
contaminación es causada por la presencia de productos químicos de fabricación
humana o cualquier otra alteración en el entorno natural del suelo. Este tipo de
contaminación generalmente surge de la ruptura de los tanques de almacenamiento
subterráneo, aplicación de plaguicidas, la percolación de las aguas superficiales
contaminadas para los estratos del subsuelo, verter petróleo y combustible, la
lixiviación de los residuos de vertederos o vertido directo de residuos industriales al
suelo. Los productos químicos más comunes implicados son los hidrocarburos del
petróleo, solventes, pesticidas, plomo y otros metales pesados. La preocupación por
la contaminación del suelo de debe principalmente a riesgos para la salud, esta
acumulación se realiza generalmente como consecuencia de actividades humanas
exógenas, como la aplicación de insumos químicos como agroquímicos y malas
practicas agrícolas (Ortiz et al., 2007).
Por consiguiente, la contaminación del suelo generada por actividades económicas
puede presentarse de dos formas: degradación edáfica, proveniente de fuentes
claramente delimitadas (contaminación local o puntual) y la causada por fuentes
difusas.
1.1.4.1 Contaminación puntual
Va unida generalmente a actividades económicas como minería, las instalaciones
industriales y los vertederos. En la minería los principales riesgos están relacionados
con el almacenamiento de lodos, la generación de aguas ácidas de mina y el uso de
ciertos reactivos químicos. Asimismo, el vertido de residuos constituye otra actividad
potencialmente contaminante; en estos lugares. Los lixiviados pueden afectar al
suelo circundante y al sustrato geológico para posteriormente, pasar a las aguas
subterráneas o de superficie (Arroyave et al., 2009).
6
1. Introducción
1.1.4.2. Contaminación no puntual
Es causada generalmente por el transporte de sustancias contaminantes, tanto
solubles como particulares, o lo largo de amplias zonas con frecuencia alejadas de la
fuente de origen. Este tipo de contaminación está más relacionado con la deposición
atmosférica, determinadas prácticas agrícolas y el tratamiento y reciclaje inadecuado
de los lodos de depuración y aguas residuales. Puede decirse entonces, que los
efectos desfavorables de los contaminantes en el suelo como sistema son la
afectación de su ciclo biogeoquímico y su función de biofiltro; la disminución del
crecimiento de microorganismos, la disminución de rendimiento de los cultivos.
Dentro de los contaminantes con gran impacto en el suelo están los plaguicidas
(Arroyave et al., 2009).
1.2 Insumos químicos
La agricultura hace uso de insumos químicos como fertilizantes y plaguicidas. El
término plaguicida se aplica a toda sustancia o mezcla de sustancias destinadas a
prevenir, destruir, repeler o controlar una plaga. Los plaguicidas pueden ser
clasificados de acuerdo a su uso, composición química, naturaleza química, acción
especifica, concentración, formulación, modo e acción, grado de toxicidad y
persistencia. Si bien el uso de plaguicidas ha mejorado el rendimiento de las
cosechas y disminuido las enfermedades transmitidas por vectores, su uso puede
ocasionar efectos adversos a la salud de la población en general y al ambiente en
particular, ya sea por exposición directa o indirecta. La toxicidad aguda de los
diferentes plaguicidas de uso habitual, como los organofosforados y carbamatos que
actúan como inhibidores de la colinesterasa, se ha caracterizado desde décadas
(González et al., 2010).
El uso de prácticas inadecuadas para el manejo de los suelos y cultivos, entre las
cuales se encuentran la aplicación indiscriminada de agroquímicos, como son los
7
1. Introducción
plaguicidas y fertilizantes minerales para mejorar la nutrición vegetal, ha conllevado
al deterioro de las características químicas, físicas y biológicas de los suelos así
como ha provocado la susceptibilidad de las plantas al ataque de plagas debido a
que hacen más resistentes a los agroquímicos, causando grandes problemas en la
mayoría de los casos de carácter irreversible, reduciendo drásticamente la capacidad
productiva, tornándose los cultivos insostenibles como consecuencia de sus altos
costos económicos, ecológicos y sociales (Terry et al., 2007).
Estas sustancias representan un riesgo para la salud humana y el ambiente debido a
que pueden contaminar suelos, agua y sedimentos y aire. Los plaguicidas llegan a
los cuerpos de agua por escurrimiento, infiltración y erosión de los suelos, en lugares
donde se ha aplicado. También pueden movilizarse por transporte tanto atmosférico
como por escurrimiento durante lluvias o riego agrícola y, de esta manera,
transportarse hacia cuerpos de agua, tanto superficiales como subterráneos hasta
contaminar agua, sedimentos y suelo (Hernández y Hansen, 2011).
1.2.1 Uso de plaguicidas en la agricultura
En México, el uso de plaguicidas tiene una fuerte concentración en algunas regiones
y cultivos. Se calcula que alrededor del 80% de la aplicación de plaguicidas en
México son para uso agrícola y son aplicados en todos los cultivos, entre estos,
algunos requieren mayor cantidad como el maíz, caña de azúcar sorgo, algodón y
hortalizas como tomate y papa. Las regiones donde se consumen mayor cantidad de
plaguicidas agrícolas se encuentran en el estado de México, Morelos, la zona
noroeste (Sonora, Baja California, Sinaloa), Jalisco, Veracruz, Michoacán y
Chihuahua (González et al., 2010).
8
1. Introducción
1.2.2 Deterioro de los suelos agrícolas por plaguicidas
El aumento demográfico ha obligado al hombre a producir una cantidad mayor de
recursos alimenticios, lo que implica una utilización intensiva de los suelos con el fin
de obtener mayor rendimiento agrícola. Se debe mencionar que el aumento en la
productividad por las tecnologías desarrolladas bajo el concepto de la denominada
“revolución verde” ha tenido un alto costo ecológico al consumir grandes cantidades
de fertilizantes y plaguicidas para mantener la producción de monocultivos de alto
rendimiento y valor comercial. Esta presión ha llevado a alterar en ocasiones de
forma irreversible superficies que conformaban ecosistemas terrestres (González et
al., 2010).
El suelo tradicionalmente era visto como simple productor de plantas, fuente de
minerales y de alimentos para los seres vivos, sin embargo en el transcurso de
algunos años se ha ido comprendiendo el papel primordial que cumple en los
ecosistemas. Dentro de los impactos negativos que generan los plaguicidas en el
medio ambiente puede nombrarse la reducción y perdida de la biomasa microbiana,
el crecimiento irregular o muerte de plantas sensibles a estas sustancias y
afectaciones en la salud de la poblaciones microbianas (Danzos, 2007).
El no tomar en cuenta la dosis adecuada, intervalo de aplicación y período de
persistencia o usar plaguicidas prohibidos ha deteriorado la calidad del suelo y con
esto su capacidad productiva al generar cambios fisicoquímicos y biológicos que
traen como consecuencia la pérdida de la fertilidad del mismo esto es la pérdida del
humus y de las sustancias que lo hacen productivo como el nitrógeno, fósforo,
potasio entre otras. Los plaguicidas afectan la capacidad de los microorganismos y
otros organismos del suelo reintegren dichos elementos a los diferentes ciclos
biológicos (Hernández y Hansen, 2011).
Otro de los efectos adversos de los plaguicidas es su influencia en la microflora del
suelo. Esto significa que los agroquímicos no solo actúan sobre las plagas, sino que
9
1. Introducción
afectan indiscriminadamente a todos los organismos. El efecto es una esterilización
parcial del suelo que tarda meses o años en recobrar el nivel de equilibrio en la
población de microorganismos. Esto puede causar el llamado efecto boomerang al
producirse proliferación de las plagas por la eliminación de sus competidores
naturales (Danzos, 2007).
Estos cambios conllevan a largo plazo a la erosión del suelo, considerada como uno
de los problemas ecológicos más severos que afectan a los recursos naturales
renovables del país. Como consecuencia de la erosión del suelo, la desertificación
del mismo es una situación irreversible. La desertificación, es el proceso de
degradación de las tierras productivas cuando son totalmente desprovistas de su
cubierta vegetal, lo lleva a la reducción o destrucción del potencial biológico del
suelo, creando condiciones similares a las de un desierto natural propiciando la
presencia de especies características de ambientes desérticos (Hernández y
Hansen, 2011).
1.2.3 Porcentaje de uso de plaguicidas
Se considera que poco más de tres cuartas partes de los plaguicidas producidos en
la actualidad se destinan al control de plagas agrícolas. El mayor usuario de
plaguicidas en el mundo es Estados Unidos, cuyo promedio anual es de
aproximadamente 500 mil toneladas. En América Latina los mayores usuarios de
plaguicidas son Brasil, México, Colombia y Argentina, en ese orden, que en conjunto
consumen el 90% de los plaguicidas utilizados en el área como se muestra en la
Tabla 1 (Martínez y Gómez, 2007).
10
1. Introducción
Tabla 1 Utilización de plaguicidas por regiones (Martínez y Gómez, 2007)
América del Norte........................................33.5%
América Latina............................................13.4%
Europa Occidental........................................24.5%
Europa Oriental..............................................3.1%
Japón..............................................................1.3%
Resto de Asia Oriental...................................8.5%
Resto del mundo............................................5.7%
1.3 Calidad del suelo
La calidad edáfica se entiende como la capacidad que tiene el suelo para funcionar
adecuadamente en un ecosistema. Esta es una dinámica y puede cambiar en el
corto plazo, de acuerdo con el uso y prácticas de manejo, y para conservarla es
necesario implementar prácticas sustentables en el tiempo como el uso de
enmiendas orgánicas. La evaluación de la calidad del suelo permite entender y
revertir el deterioro en dicha funcionalidad ecosistémica, como sucede con: La
pérdida de suelos por erosión, depositación de sedimentos por viento e
inundaciones, reducción de la inflación al reducir el uso de plaguicidas, compactación
de la capa superficial, pérdida de nutrimentos, efecto de la presencia de plaguicidas,
cambios en el pH, aumento de la solubilidad de metales pesados, pérdida de materia
orgánica, reducción de la actividad biológica, infestación de organismos patógenos y
reducción de la calidad de agua. Por otra parte, sostienen que la calidad del suelo
debe ser evaluada basándose en su funcionalidad específica, dentro de las cuales
destacan: el mantenimiento de la productividad y biodiversidad, la regulación de los
flujos hidrológicos, la filtración y amortiguamiento de contaminantes, la regulación de
11
1. Introducción
los ciclos biogeoquímicos, el soporte estructural y la resistencia a la degradación y
erosión etc. (Navarrete et al., 2011).
Los indicadores que se utilizan comúnmente corresponden con las propiedades
físicas, químicas y biológicas del suelo. Las propiedades físicas y químicas para
definir la calidad del suelo son: textura, densidad aparente, capacidad de retención
de agua, pH. Estas variables cambian lentamente y, por consiguiente, se requieren
muchos años para apreciar cambios significativos. Por el contrario, las propiedades
biológicas edáficas (C, la biomasa microbiana), son sensibles a pequeños cambios y
por tanto, proporcionan información exacta e inmediata de cambios en la misma
(Nannipieri et al., 2003). De acuerdo con ello los indicadores de la calidad del suelo
deben cumplir con las siguientes condiciones:
 Que sean fáciles de medir.
 Que midan los cambios en las funciones del suelo.
 Que abarquen las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.
 Que sean accesibles a los evaluadores y aplicables en condiciones de campo.
 Que sean sensibles a las variaciones climáticas y de manejo.
Así mismo, los indicadores de calidad del suelo deben permitir.
 Analizar la situación actual del suelo con respecto a la funcionalidad específica
que se evalúa.
 Identificar los puntos críticos respecto de sustentabilidad.
 Prevenir los impactos de una intervención y minimizarlos.
 Ayuden en la toma de decisiones.
Se ha señalado que dependiendo del tipo de funcionalidad que está bajo estudio, las
propiedades se seleccionadas para medir la calidad del suelo pueden variar.
12
1. Introducción
1.3.1 Indicadores de la calidad del suelo
A pesar de la preocupación creciente de la degradación del suelo, de la disminución
en su calidad y de impacto en el bienestar de la humanidad y el ambiente, aun no
hay criterios universales para evaluar los cambios en la calidad del suelo. Para hacer
operativo este concepto, es preciso contar con variables que pueden servir para
evaluar la condición del suelo. Estas variables se conocen como indicadores, pues
representan una condición y conllevan información acerca de los cambios o
tendencias de esa condición. Según Bautista et al., (2004), los indicadores son
instrumentos de análisis que permiten simplificar, cuantificar y comunicar fenómenos
complejos. Tales indicadores se aplican en muchos campos de conocimiento
(economía, salud, recursos naturales, etc.). Los indicadores de calidad del suelo
pueden ser propiedades físicas, químicas y biológicas, deben reflejar las principales
restricciones del suelo, en congruencia con la función o las funciones principales que
se evalúan como:
a) Analizar la situación actual e identificar los puntos críticos con respecto al
desarrollo sostenible.
b) Analizar los posibles impactos antes de una intervención.
c) Monitorear el impacto de las intervenciones antrópicas.
d) Ayudar a determinar si el uso del recurso es sostenible.
En virtud de que existen muchas propiedades alternativas para evaluar la calidad del
suelo, Bautista et al., (2004), planteó un conjunto mínimo de propiedades del suelo
para ser usadas como indicadores para evaluar los cambios que ocurren en el suelo
respecto al tiempo (Tabla 2). Los indicadores disponibles para evaluar la calidad de
suelo pueden variar de localidad a localidad dependiendo del tipo y uso, función y
factores de formación del suelo. La identificación efectiva de indicadores apropiados
para evaluar la calidad del suelo depende del objetivo, que debe considerar los
múltiples componentes de la función del suelo, en particular, el productivo y el
ambiental.
13
1. Introducción
Tabla 2 Conjunto de indicadores físicos, químicos y biológicos propuestos para monitorear los
cambios que ocurren en el suelo.
PROPIEDAD
Físicas
Textura
Profundidad del suelo, suelo
superficial y raíces
Infiltración y densidad aparente
Capacidad
agua
de
retención
de
Químicas
Materia orgánica (N y C total)
pH
Conductividad eléctrica
VALORES
O
UNIDADES
RELEVANTES
ECOLÓGICAMENTE;
COMPARACIONES
PARA
EVALUACIÓN
Retención y transporte de agua y
compuestos químicos; erosión del
suelo
Estima la productividad potencial y
la erosión
Potencial del lavado; productividad
y erosividad
Relación con la retención de agua
y
transporte,
y
erosividad,
humedad aprovechable, textura y
materia orgánica
% de arena, limo y arcilla,
pérdida del sitio o posición del
paisaje
Centímetros o metros
Define la fertilidad del suelo;
estabilidad; erosión
Define
la
actividad
química
biológica
Kg de C o N ha
Define la actividad
microbiana
Biológicas
C y N de la biomasa microbiana
Respiración,
contenido
humedad t temperatura
RELACIÓN CON LA CONDICIÓN
Y FUNCIÓN DEL SUELO
de
N potencialmente mineralizable
vegetal
y
Min/2.5 cm de agua y g/cm
3
3
3
% (cm /cm ), cm de humedad
aprovechable/30cm, intensidad
de precipitación
-1
Comparación entre los límites
superiores e inferiores para la
actividad vegetal y microbiana
-1
dSm ; comparación entre los
límites superiores e inferiores
para la actividad vegetal y
microbiana
-1
Potencial microbiano catalítico y
depósito para el C y N, cambios
tempranos de los efectos del
manejo sobre la materia orgánica
Kg de N o C ha relativo al C y N
total o CO2 producidos
Mide la actividad microbiana;
estima la actividad de la biomasa
Kg de C ha d relativo a la
actividad
de
la
biomasa
microbiana; pérdida de C contra
entrada al reservorio total de C.
Productividad
del
suelo
suministro potencial de N
Kg de N ha d relativo al
contenido de C y N total
y
-1
-1
-1
-1
Tabla realizada con datos tomados de Bautista et al., 2004.
14
1. Introducción
1.3.2 Biomasa microbiana como un indicador de la calidad del suelo
La biomasa microbiana (BM) define el componente funcional de la microbiota del
suelo, responsable principalmente de la descomposición y reconversión de la materia
orgánica y transformación de nutrientes. Además constituye el componente vivo de la
materia orgánica del suelo y representa la fracción lábil, y por lo tanto responde
rápidamente al efecto de perturbación o recuperación del suelo (Acosta y Paolini,
2006).
La biomasa microbiana está constituida por una comunidad diversa y variable de
bacterias, algas, protozoos, virus, habitantes de la rizosfera y microfauna, contiene
del 1 hasta 3% del carbono total y hasta el 5% del nitrógeno total del suelo y es
responsable de regular la descomposición de material orgánico, los ciclos de
nutrimentos y la integración biofísica de la materia orgánica con las fases sólida,
líquida y gaseosa. Se ha reportado que a través de su interacción con otros
organismos regula la cantidad y calidad de los componentes del ciclo hidrológico y la
emisión de gases invernadero (Vásquez, 2005).
La cantidad y composición de la biomasa microbiana es sensible a los cambios
físicos y químicos del suelo, por lo que se considera un indicador de la calidad del
suelo y su medición es indispensable en los estudios de suelos. Asimismo la
biomasa microbiana es un parámetro reproducible y rápido de determinar que
permite hacer comparaciones entre suelos y contribuye a comprender el
funcionamiento del suelo y el flujo de los nutrimentos en ecosistemas naturales y
modificados (Vásquez, 2005).
Las alteraciones en la biomasa microbiana, como el descenso de la misma, estaban
determinados por propiedades de las comunidades microbianas, su tipología y
actividad, así como por las condiciones climáticas a las que se ve sometido el suelo,
más que a sus características edáficas. La calidad y la cantidad de la materia
orgánica se van a ver afectadas, así como el C de la biomasa microbiana, ya que las
15
1. Introducción
nuevas condiciones edafológicas van a alterar los microorganismos del suelo
(Iglesias, 2008).
La materia orgánica reviste una significativa importancia, ya que imparte al suelo
magníficos efectos en sus propiedades físicas, químicas y biológicas, las cuales se
traducen en la capacidad productiva de los campos, por lo que su gestión dentro del
agroecosistema será uno de los elementos más importantes a considerar para la
consecución de la perdurabilidad de los sistemas productivos (Hernández et al.,
2010A). Además, se ha considerado que puede ser usada como un indicador
ecológico sensible a los cambios ambientales (Bautista et al., 2004).
Usualmente se han indicado valores para el C de la biomasa microbiana entre 1 y
4% del carbono orgánico, a pesar de la pequeña parte que representa de la materia
orgánica del suelo, la biomasa microbiana participa de forma muy activa en la
descomposición de la materia orgánica muerta que ingresa al suelo en forma de
hojarasca o restos de animales o plantas, y por otro lado, es una fuente de nutrientes
(N, P, y S) para las plantas con una alta tasa de recambio (Acosta y Paolini, 2006).
1.4 Métodos para cuantificar biomasa microbiana en suelos
Se han propuesto diferentes métodos para medir la biomasa microbiana de los
suelos basados en el conteo de células microbianas, y el uso de parámetros
fisiológicos o en la aplicación de la técnica de fumigación (Alef y Nannipieri, 1995).
Entre los métodos más conocidos podemos mencionar la cuenta directa al
microscopio, cuantificación de ATP, la fumigación con cloroformo-incubación (FI, por
sus siglas en inglés), la fumigación con cloroformo-extracción (FE, por sus siglas en
inglés) y la respiración inducida por sustrato (SIR, por sus siglas en inglés). La FI ha
sido ampliamente utilizada y es considerada como técnica de referencia. La técnica
sin embargo, requiere tiempo, por lo tanto se han desarrollado nuevos métodos,
16
1. Introducción
como la FE desarrollada a partir de la FI y utilizada más en los años recientes
(García et al., 2003).
1.4.1 Método de fumigación –Incubación con cloroformo (FI)
La fumigación con cloroformo causa un flujo de CO 2 y NH4 una vez que el fumigante
ha sido removido y el suelo incubado. Se postuló que el tamaño de la biomasa
microbiana del suelo podría ser estimado por el flujo de CO2 y la incubación de los
suelos fumigados (Jenkinson et al., 2004).
El uso de este método está basado en las siguientes consideraciones: 1) la
fumigación del suelo provoca lisis celular y no afecta otras formas de la materia
orgánica, por lo tanto el flujo de CO2 proviene únicamente de la biomasa microbiana;
2) el número de microorganismos muertos en el suelo no fumigado es menor
comparado con el suelo fumigado; 3) la fracción de carbono de la biomasa
microbiana muerta sobre un periodo de tiempo dado difiere en diferentes suelos
(Jenkinson et al., 2004).
El método de FI no es recomendable utilizarlo para suelos extremadamente ácidos
(pH < 4.5) porque la inoculación del suelo es difícil bajo estas condiciones, la kc
disminuye repentinamente con valores de pH menores a 5 y la tasa de respiración de
suelos no fumigados es mayor que la de los suelos fumigados; o cuando los suelos
han sido recientemente adicionados de compuestos orgánicos, porque la microflora
de los suelos no fumigados descompone el sustrato más eficientemente que la
microflora de los suelos fumigados; esto ocasiona valores demasiados pequeños o
incluso negativos (Vásquez, 2005).
El carbono microbiano determinado por el método de FI es correlacionado
significativamente a los datos obtenidos por microscopía directa, fumigación
extracción, contenido de ATP, respiración inducida por sustrato y a la estimación de
17
1. Introducción
biomasa por análisis matemático de curvas de respiración. El método de FI es un
procedimiento básico de calibración para convertir datos medidos a biomasa o
carbono de biomasa (García et al., 2003).
1.4.2 Método de fumigación –extracción con cloroformo (FE)
La fumigación del suelo con cloroformo (CHCl3) actúa sobre la pared celular
liberando el citoplasma al medio. Lo anterior permite que el carbono orgánico, el
nitrógeno total; el fósforo inorgánico, el nitrógeno reactivo a ninhidrina, puedan ser
extraídos con sulfato de potasio (K2SO4) 0.5 M. Con una apropiada calibración,
alguno de estos compuestos puede ser utilizado para estimar la biomasa microbiana
en suelo. Por ello, este método consta de tres fases: fumigación con cloroformo libre
de etanol, extracción con K2SO4 0.5M y determinación analítica del C y del N de la
biomasa microbiana (Jenkinson et al., 2004).
En suelos secos, los microorganismos son aparentemente menos afectados por la
fumigación. La velocidad de la actividad enzimática y por lo tanto la autolisis es más
lenta en suelos con contenido de humedad menores al 30% de su capacidad de
retención de agua (WHC) por lo cuál se recomienda que los suelos se ajusten aún
40% de su WHC (Vásquez, 2005). Otras variables a considerar para realizar esta
técnica eficientemente son el tiempo y la temperatura de incubación; temperatura
baja y tiempo de fumigación corto podrían tener un efecto negativo sobre la
estimación de la biomasa. Los tiempos y temperaturas generalmente usados en la
fumigación de las muestras son 24 horas a 25 °C con CHCl3 (Jenkinson et al., 2004).
El carbono de la biomasa microbiana del suelo es extraído con K2SO4 0.5 M,
concentraciones más altas de potasio flocula el suelo e interfiere con la absorción de
NH4+; también inhibe la descomposición de material microbiano después de la
fumigación (Jenkinson et al., 2004). Si el extracto va a ser almacenado por un largo
periodo de tiempo, debe ser congelado a –15 °C. Durante el almacenamiento se
18
1. Introducción
puede formar un precipitado blanco en el extracto: en algunos casos la disolución del
exceso de CaSO4 es innecesaria porque no interfiere con los procedimientos
analíticos. Las células de raíces son afectadas por la fumigación y el material celular
liberado interfiere en la estimación de la biomasa microbiana, por lo tanto, es
recomendable un procedimiento de pre-extracción en suelos que contienen grandes
cantidades de raíces. En suelos que contienen más del 20% de materia orgánica, la
relación de suelo-extractante (1:4) debería ser incrementada a 1:20 (García et al.,
2003).
1.5 Ciclos biogeoquímicos
La materia circula desde el mundo vivo hacia el ambiente abiótico y de regreso; esa
circulación constituye los ciclos biogeoquímicos. Estos son procesos naturales que
reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los
organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono, Oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros
elementos recorren estos ciclos, conectado los componentes vivos y no vivos de
latiera. Los ciclos biogeoquímicos representan un complejo sistema que conecta
procesos biológicos, geológicos, químicos y físicos, y sirven como modelo para
ilustrar las interacciones entre biosfera, atmósfera, geosfera e hidrosfera, todo ello
mediado con una combinación de fenómenos cíclicos en unos casos, lineales en
otros, reversibles e irreversibles. Constituyen un sistema regulador y controlan el
recambio y la transformación de estos elementos en los ambientes terrestre, acuático
y atmosférico. Los principales elementos químicos son el carbono, el nitrógeno, el
hidrogeno, el fósforo y el azufre. Los ciclos de estos elementos se combinan de
diferentes maneras e interrelacionan entre sí. Un solo elemento puede convertirse en
el factor limitante en el desarrollo de un ecosistema. La comprensión de los ciclos
biogeoquímicos es necesaria para entender el funcionamiento del suelo como
sistema (González et al., 2007).
19
1. Introducción
En este sentido procesos biológicos tan importantes como la fotosíntesis y la
respiración forman parte del ciclo del carbono. En este, pueden diferenciarse 2
subciclos; uno a corto plazo y otro a largo plazo en función de las tasas de
renovación, o bien un ciclo terrestre y otro oceánico (González et al., 2007).
1.5.1 Ciclo del carbono y su relación con la biomasa microbiana del suelo
El carbono es un constituyente común de toda la materia orgánica. El ciclo funciona
básicamente a través de la fotosíntesis, la respiración, las emisiones por quema de
combustibles fósiles y fenómenos naturales como las erupciones volcánicas. Así
mismo el ciclo de carbono es el responsable de la cantidad de CO2 contenido en la
atmosfera, ya que es el mecanismo que equilibra las cantidades de carbono
presentes en los diferentes reservorios o almacenes de carbono en el planeta
(Ibañez et al., 2004).
En la figura 2 se muestra como el carbono ingresa al agrosistema por la fotosíntesis
y sale del mismo por la respiración radical y microbiana. La diferencia entre la
cantidad de carbono que ingresa como residuos vegetales al suelo y la que se
genera por respiración microbiana representa el balance de carbono del mismo.
Cuando la biomasa vegetal muere pasa a ser residuos vegetales. Durante su
descomposición se liberan nutrientes y se emite CO2. Este también es generado en
el proceso de mineralización de la materia orgánica humificada. La suma de la
emisión de CO2 por descomposición y mineralización constituye la respiración
microbiana o heterotrófica del suelo (Maldonado et al., 2007).
20
1. Introducción
Figura 2 El ciclo del carbono (Maldonado et al., 2007)
El carbono de los residuos, que no es emitido como CO 2 durante la descomposición
pasa a formar parte de la biomasa microbiana en un primer momento. Luego se
integra a sustancias orgánicas más estables y se denomina carbono humificado
(Sandoval et al., 2003). El proceso de su incorporación a estos componentes se
conoce como humificación, como se muestra en la figura 3.
21
1. Introducción
Figura 3 Diagrama representativo del ciclo de carbono en un agrosistema (Sandoval et al.,
2003)
1.5.2 Mineralización del carbono
La mineralización del carbono y la descomposición de residuos son características
fundamentales del ciclo de nutrientes. El carbono orgánico de los residuos vegetales
es la principal fuente de energía para el crecimiento celular y el metabolismo en el
suelo. El metabolismo del carbono se realiza con la transformación de los
compuestos de carbono requeridos por los microorganismos para su crecimiento y
como fuente de energía. Con presencia del carbono orgánico la población microbiana
aumenta, esto se puede utilizar para aislar microorganismos específicos (López y
Álvarez, 2006).
22
1. Introducción
El metabolismo puede dar lugar a la mineralización (conversión de un compuesto
orgánico de carbono para obtener compuestos inorgánicos). La señal más evidente
de este proceso es la respiración en el suelo. El metabolismo puede dar lugar a la
producción de compuestos biológicamente activos o inactivos y puede generar la
incorporación de materia orgánica al suelo y se lleve acabo la dinámica de carbono
(López y Álvarez, 2006).
Aunque una gran cantidad de carbono (C) en el suelo se almacena en el subsuelo, la
mayoría de los estudios sobre la dinámica de C del suelo se centran en las capas
superiores. Los suelos juegan un papel clave en el mundo del ciclo carbono, la
absorción de C y la liberación de dióxido de carbono (CO2) son funciones importantes
en este proceso. Carbono orgánico del suelo es el resultado del balance neto entre la
producción primaria y la mineralización del C que esta influenciada por la cantidad de
materia orgánica aportada por las enmiendas orgánicas (García et al., 2008).
1.6 La materia orgánica del suelo
La materia orgánica del suelo (MOS) desempeña un papel importante en la calidad
del suelo. Además de los nutrientes vegetales abastecedores, el tipo y la cantidad de
MOS influyen en varias propiedades del suelo, particularmente los relacionados con
las condiciones físicas (Pedra et al., 2007). La fuente orinal, de lo que entendemos
como materia orgánica del suelo, son los restos de plantas y animales, en diferentes
estados de descomposición, así como la biomasa microbiana.
La materia orgánica del suelo, definida por la totalidad de las sustancias orgánicas
presentes en el suelo incluye, también, los organismos edáficos (biomasa del suelo)
aunque éstos no llegan a representar normalmente más de un 5% de la materia
orgánica del suelo, la actividad de la misma es de máxima importancia para el
mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos.
23
1. Introducción
La descomposición de la materia orgánica tiene dos funciones para la biomasa
microbiana: I) abastecer de la energía suficiente para el crecimiento y II) suministrar
el carbono necesario para la formación de nuevos materiales celulares. El dióxido de
carbono, metano, ácidos orgánicos y alcohol, son meramente productos de desecho
que se liberan el desarrollo microbiano para la adquisición de energía (Ramírez,
2004).
La fracción orgánica del suelo, se puede dividir en el ámbito de concepto y teniendo
muy presente su complejidad, en dos grupos: un primer grupo que corresponde a lo
denominada como “materia orgánica fresca” o “materia orgánica lábil”, y el cual está
formado por restos de animales, plantas y microorganismos, transformados
parcialmente. Es la primera fuente de humus y no forma parte integral del suelo,
puede
ser
separada
del
mismo
ambiente
mediante
métodos
mecánicos
principalmente; un segundo grupo, que podríamos denominar como “materia
orgánica transformada” o “materia orgánica estable”; el cual incluiría dos grupos: i)
uno constituido por productos resultantes de la descomposición avanzada de
residuos orgánicos y síntesis microbiana y ii) considerado como las sustancias
exclusivamente húmicas (transformando de la estructura de los compuestos
orgánicos) las cuales forman parte integral del suelo y no pueden ser separadas por
métodos mecánicos (Pedra et al., 2007).
La fertilidad global de un suelo esta relacionada tradicionalmente con su contenido
de materia orgánica. La materia orgánica presente en los suelos, ya sea en forma de
residuos orgánicos más o menos reconocimientos o bien en forma humificada y
ligada a la fracción mineral, representa en condiciones adecuadas, una garantía de
conservación y mejora de los principales parámetros físicos (textura, porosidad,
densidad capacidad de retención de agua, entre otros), propiedades químicas del
suelo (CIC, pH, CE, etc); pero sobretodo en las propiedades biológicas del suelo,
esenciales para entender el flujo del carbono y el nitrógeno en el suelo (Ramírez,
2004).
24
1. Introducción
1.7 Enmiendas orgánicas
Las enmiendas orgánicas son todos aquellos residuos de origen animal y vegetal de
los que las plantas pueden obtener importantes cantidades de nutrimentos; el suelo,
con la descomposición de estos abonos, se ve enriquecido con carbono orgánico y
mejora sus características físicas, químicas y biológicas (SAGARPA, 2011).
Las enmiendas orgánicas son muy variables en sus características físicas y
composición química principalmente en el contenido de nutrimentos; la aplicación
constante de ellos, con el tiempo, mejora las características físicas, químicas, y
biológicas y sanitarias del suelo. Los abonos orgánicos, por las propias
características en su composición son formadores del humus y enriquecen al suelo
con este componente, modificando algunas de las propiedades y características del
suelo como su pH, cargas variables, capacidad de intercambio iónico, quelatación de
elementos, etc (SAGARPA, 2011).
1.7.1 Efectos de los abonos orgánicos sobre las características químicas del
suelo
La composición química de los abonos orgánicos por supuesto variará de acuerdo al
origen de éstos. Las plantas, los residuos de cosecha, los estiércoles, etc, difieren
grandemente en cuanto a los elementos que contienen. Las características químicas
del suelo que cambian por efecto de la aplicación de abonos orgánicos son
obviamente el contenido de materia orgánica; derivado de esto aumenta el
porcentaje de nitrógeno total, la capacidad del intercambio de cationes, el pH y la
concentración de sales (SAGARPA, 2011).
Al aplicar materiales orgánicos (estiércoles, abonos verdes, compostas y
vermicomposta) al suelo, se promueve el crecimiento de raíces y la absorción de
nutrimentos con repercusión en el rendimiento. Los abonos orgánicos deben
25
1. Introducción
considerarse como la mejor opción para la sostenibilidad del recurso suelo; su uso ha
permitido aumentar la producción y la obtención de productos agrícolas orgánicos;
esto es, ha apoyado al desarrollo de la agricultura orgánica que se considera como
un sistema de producción agrícola orientado a la producción de alimentos de alta
calidad nutritiva sin el uso de insumos de síntesis química o sintética (SAGARPA,
2011). Dentro de la producción de abonos orgánicos están los lodos residuales,
compostas y vermicomposta.
1.8 La vermicomposta
La vermicomposta es el producto de una serie de transformaciones bioquímicas y
microbiológicas que sufre la materia orgánica al pasar a través del tracto digestivo
de las lombrices; al utilizar este biofertilizante, puede reducirse el uso de fertilizantes
químicos y se considera como uno de los abonos orgánicos de fácil manejo y
producción rápida en las plantas de composteo; tiene buenas características físicas,
químicas, microbiológicas y nutrimentales (Velasco y Tania et al., 2003). La
vermicomposta, cuya técnica además de recuperar energía de desechos orgánicos,
permite disponer de nutrimentos suficientes para la planta.
1.8.1 Características de la vermicomposta
La vermicomposta, en términos generales posee, las siguientes
características:
Material de color oscuro, con un agradable olor a mantillo de bosque, su gran
bioestabilidad evita su fermentación o putrefacción, contiene una elevada carga
enzimática y bacteriana que incrementa la solubilidad de los elementos nutritivos,
liberándolos en forma paulatina, y facilita su asimilación por las raíces e impide que
éstos sean lixiviados con el agua de riego manteniéndolos disponibles por más
tiempo en el suelo y favorece la germinación de las semillas y el desarrollo de las
26
1. Introducción
plantas. Incrementa la superficie activa de las partículas minerales favoreciendo la
capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los suelos (Moreno 2007).
27
2. Justificación
2. JUSTIFICACIÓN
El suelo es un recurso esencial en sistemas agrícolas y naturales, el mantenimiento
de la calidad es fundamental para el desarrollo sostenible de las actividades
humanas, en particular la agricultura. La evaluación de los impactos de las
actividades humanas sobre la calidad del suelo necesita un enfoque universal
práctico que se puede incorporar en las evaluaciones ambientales mundiales. En los
últimos años se ha incrementado el interés en evaluar la calidad del recurso suelo
debido a su uso constante, los suelos con actividad agrícola van perdiendo nutrientes
afectando la calidad edáfica especialmente a la biomasa microbiana que es un índice
de calidad que responde de forma rápida y sensible a los cambios de perturbación o
recuperación del suelo.
En este contexto surge la necesidad de implementar medidas para una agricultura
sustentable haciendo uso de la aplicación de enmiendas orgánicas como la
vermicomposta para recuperar dichos nutrientes y mejorar la calidad edáfica. En el
municipio de Pajacuarán del estado de Michoacán, perteneciente al distrito rural 089
Sahuayo, se ha detectado una disminución en su productividad agrícola debido a la
pérdida de la fertilidad del suelo por lo cual se ha aumentado el uso de insumos
químicos, causando problemas de contaminación, el deterioro de la calidad del suelo,
la pérdida de la biodiversidad de la biomasa microbiana autóctona todo esto
afectando la calidad edáfica. Debido a esta problemática se han desarrollado
diversos procesos de tratamiento para la restauración de los suelos agrícolas
perturbados aplicando enmiendas orgánicas que pretenden mejorar la calidad
edáfica. No obstante lo anterior, el tipo de enmienda usada, los materiales y formas
de preparación de las mismas, las dosis de aplicación utilizadas pueden tener
efectos diversos sobre la calidad de los suelos en que sea aplicada, por ello es
necesario realizar una serie de investigaciones que proporcionen mayor información
sobre cuáles las que pueden proporcionar resultados óptimos para devolverte la
fertilidad al suelo a la par que permiten la reducción en la contaminación del mismo.
Esto último motivó la realización de este trabajo de investigación.
28
3. Objetivos
3. OBJETIVO GENERAL
Evaluar el efecto de la vermicomposta en la mineralización de carbono y biomasa
microbiana en un suelo de uso agrícola.
3.1 Objetivos específicos
1) Determinar las características físicas y químicas del suelo.
2) Valorar el efecto de la aplicación de la vermicomposta en la mineralización de
carbono.
3) Cuantificar la biomasa microbiana presente en los suelos adicionados con
vermicomposta por los métodos de FI y FE.
29
4. Hipótesis
4. HIPÓTESIS
La aplicación de vermicomposta como enmienda orgánica aumenta la biomasa
microbiana en los suelos agrícolas y por lo tanto mejora la calidad edáfica.
30
5. Materiales y métodos
5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1 Sitio Experimental y muestreo de suelos
El sitio experimental se encuentra en la localidad de San Gregorio, localizado en el
Municipio Pajacuarán del Estado de Michoacán de Ocampo (Latitud Norte 201´ 136”
longitud oeste 1° 023´ 255”). La localidad se encuentra a una mediana altura de
1520msnm. Limita al norte con Briseñas y Vista Hermosa, al este con Ixtlán, al sur
con Villamar y al oeste con Venustiano Carranza, su clima es templado, con lluvias
en verano. Tiene una precipitación pluvial anual de 700.0 mm y temperaturas que
oscilan entre los 7.6 y 24.5°C (INEGI, 2010).
Se cultiva principalmente trigo (Triticum aestivum), sorgo (Shorgum vulgare), cártamo
(Carthamus tinctorius) y maíz (Zea mays), para el cultivo de estos; los agricultores
utilizan agroquímicos como fertilizantes y plaguicidas (Junta Local de Sanidad
Vegetal, Distrito 089, 2011). Se realizó un muestreo aleatorio de 3 sitios de San
Gregorio a una distancia aproximada de 5 km cada uno, en cada sitio se tomaron 9
muestras y posteriormente a estas se hicieron 5 muestras compuestas, los
experimentos se realizaron por triplicado (Figura 4).
También se tomó una muestra a un suelo control al cual no se le han aplicado ningún
tipo de agroquímicos, este se obtuvo de la parte sur de Jiquilpan, que localiza al
noroeste de Estado (Latitud Norte19´ 59”, Longitud oeste 102´ 43”). La localidad se
encuentra a una media altura de 1550 msnm. Su clima es templado con lluvias en
verano. Tiene una precipitación pluvial anual de 826 mm y temperaturas que oscilan
de 10.4° a 25.4°C.
31
5. Materiales y métodos
Figura 4 Muestreo del suelo de San Gregorio
5.2 Esquema general de investigación
Figura 5 Esquema general de investigación
32
5. Materiales y métodos
5.3 Características fisicoquímicas de los suelos
El pH se determinó en una suspensión de agua:suelo 1:2.5, p/p (Thomas, 1996). La
humedad y la capacidad de retención de agua (CRA) se midió por diferencia de
pesos de acuerdo a las técnicas establecidas para suelos (Black, 1986). El carbono
total se determinó por digestión con dicromato de potasio (Kalembasa y Jekinson,
1973). El C inorgánico se determinó por la adición de 20 ml de HCl 2M a 1 g de
suelo, atrapando el CO2 liberado en 20 ml de NAOH 1M (APHA AWWA WPCF,
1989). El carbono orgánico se obtuvo con la diferencia entre el carbono total y el
carbono inorgánico. El N total se cuantificó por el método de Kjeldahl (Bremner,
1996). El fósforo disponible se cuantificó por la técnica de Olsen (1954). La
distribución del tamaño de partícula (Textura) se realizó de acuerdo al método de
Gee y Bauder (1996). La capacidad de intercambio catiónico (CIC) se midió por el
método PZNC (print of zero net charge) (Uehara et al., 1982).
5.4 Pre-Acondicionamiento de suelos
Después de realizar el muestreo de suelos se tamizaron de forma separada (cada
sitio y cada campo), utilizando una malla de 2 mm de apertura de trama.
Posteriormente, los suelos se acondicionaron al 40% de su capacidad de retención
de agua y se pre-incubaron durante siete días antes de iniciar los experimentos, con
la finalidad de favorecer la actividad microbiana y evitar posibles variaciones en los
resultados debido al tamizado.
El suelo se colocó en bolsas de plástico, que permanecieron abiertas dentro de
contenedores. En los contenedores se colocaron dos frascos, un frasco con agua
para evitar que el suelo perdiera humedad y el otro frasco con hidróxido de sodio
(NaOH) 1M para capturar el CO2 liberado por el suelo.
33
5. Materiales y métodos
5.5 Caracterización de la vermicomposta
La vermicomposta utilizada fue elaborada con estiércol de bovino y caracterizada por
la norma: NMX-FF-109-SCFI-2007, la vermicomposta se aplicó en una proporción de
1g de carbono de la vermicomposta por 1kg de suelo antes de iniciar el experimento
a los suelos que llevaban este tratamiento.
5.6 Esterilización del suelo
El suelo y la vermicomposta fueron esterilizados en una autoclave por 15 minutos a
una presión de 15 libras. Para los tratamientos que así lo requirieron. Con la finalidad
de matar los microorganismos del suelo o la vermicomposta y liberar el carbono
secuestrado en el suelo.
5.7 Cuantificación de Biomasa microbiana
Para la cuantificación de biomasa microbiana se realizó por los métodos de
fumigación incubación (FI) y fumigación extracción (FE), se tuvieron 5 tratamientos
(Tabla 3).
Tabla 3 Tratamientos utilizados en el estudio
T1. Suelo (S)
T2. Suelo + Vermicomposta (S+VC)
T3. Suelo estéril + Vermicomposta (SE+VC)
T4. Suelo + Vermicomposta estéril (S+VCE)
T5. Suelo estéril+ Vermicomposta estéril (SE+VCE)
34
5. Materiales y métodos
5.7.1 Método de Fumigación - Incubación (FI)
El método de fumigación- incubación se utilizó para realizar la cuantificación de la
tasa respiratoria que se ve reflejada en la liberación de CO2. Después de los siete
días de preincubación Se pesaron muestras de 20 g de suelo posteriormente se
colocaron dentro de un frasco de 1 L, que contenía un vial con 20 ml de NAOH 1 M y
aproximadamente 10 ml de agua destilada, los frascos se cerraron y se dejaron en
incubación durante 10 días en la oscuridad. Estas muestras fueron los suelos no
fumigados. Las otras muestras se fumigaron con cloroformo (CHCl3) libre de etanol
en un desecador, se aplicó vacío hasta que el cloroformo hirvió vigorosamente
durante 2 min, tras lo cuál se cierra la llave del desecador y se deja incubar durante
24 h en la oscuridad. Al término de la fumigación, se eliminó el cloroformo de las
muestras aplicando vacío hasta la desaparición del olor a CHCL 3 (unas 5 o 6 veces
durante 2 min suele ser suficiente), se inocularon con 20% de suelo no fumigado (4
g) y se colocaron dentro de un frasco como se describió anteriormente. Al término del
periodo de incubación (10 días) se sacaron los viales de NaOH 1 M y se mantuvieron
cerrados para hasta la determinación de C-CO2. (Vance et al.,1987; Joergensen et
al., 1990; Gregorich et al., 1990).
5.7.2 Método de FumigaciónExtracción (FE)
El método de fumigación-Extracción se realizó para la cuantificación del carbono
orgánico y cuantificación del nitrógeno reactivo a ninhidrina contenido en la biomasa
microbiana del suelo. Al término de los siete días de preincubación, se pesaron
muestras de 20 g de suelo de cada sitio y de cada campo. Las muestras se
extrajeron con 80 mL de sulfato de potasio (K2SO4) 0.5 M (Joergensen y Brookes,
1990) (relación entre solución extractora: suelo 4:1 v/p), se mantuvieron en agitación
(180rpm) durante 30 min, después la suspensión se filtró. El filtrado se guardo en
refrigeración hasta el momento del análisis de carbono de biomasa y nitrógeno
35
5. Materiales y métodos
reactivo a ninhidrina (NRN) contenido en la biomasa microbiana del suelo. Estas
muestras fueron el suelo no fumigado. Las otras muestras se colocaron dentro de un
desecador con papel húmedo, para mantener la humedad de los suelos, y un frasco
con cloroformo libre de etanol. El cloroformo se llevo a la ebullición por 2 min al
vacío, para saturar la atmósfera de vapores de cloroformo. Los desecadores se
mantuvieron en la oscuridad a 25°C durante 24 h. Después del periodo de
fumigación, el cloroformo se eliminó completamente y se procedió a la extracción con
K2SO4 0.5 M. El carbono de biomasa y el NRN en los extractos de K2SO4 0.5 M del
suelo se analizaron posteriormente (Muller et al.,1992).
5.8 Dinámica de carbono
Para la dinámica de carbono se realizó una incubación aerobia en la cuál se tuvieron
2 grupos de tratamientos con y sin vermicomposta, Se tuvieron 3 sitios (5 puntos de
muestreo cada uno), se realizaron por triplicado los experimentos teniendo un total
de 45 muestras. Además se incubaron las muestras necesarias para los días de
muestreo teniendo un total de 225 muestras + 15 muestras del suelo control, para el
primer grupo de tratamiento (sin vermicomposta) y la misma cantidad de muestras
para el segundo tratamiento (con vermicomposta).
5.9 Incubación aerobia
El método de incubación aerobia que se utilizó en los experimentos fue con jarras de
945 ml a las cuales se les colocó en el interior un frasco de vidrio con muestra de
suelo (20g) y un vial con 20 ml de NaOH 1M, para atrapar el CO2 producido por la
actividad microbiana en las muestras. Para evitar la desecación y pérdida de
humedad durante el periodo de la incubación, se adicionaron 50 ml de agua destilada
en el fondo de las jarras, cerrándolas herméticamente para evitar fugas o
infiltraciones de aire e incubándolas en oscuridad hasta el día del muestreo, los
36
5. Materiales y métodos
frascos se abrieron para evitar condiciones anaerobias, aireándolos por 10 min cada
semana. Las pruebas se llevaron a cabo periódicamente (0, 3, 7, 14 y 28 días) para
determinar NH4+, NO2-, NO3- y CO2. Se seleccionaron al azar frascos con suelo y se
hicieron las determinaciones por triplicado. Las botellas se incubaron a temperatura
(25°C).
5.10
Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza con comparación de medias por el método de
Tukey
(p=0.05)
a
las
características
del
suelo,
la
producción
de
CO2,
concentraciones de N inorgánico (NH4+, NO3-, NO2-), la producción de carbono de
biomasa y nitrógeno reactivo ninhidrina (NRN), para determinar diferencias
significativas entre los sitios y tratamientos, utilizando el paquete estadístico SAS
Version 9.00 (SAS Institute, 2002).
37
6. Resultados
6. RESULTADOS
6.1 Caracterización fisicoquímica del suelo
Los resultados de la caracterización fisicoquímica de los suelos del área de estudio
se presentan en las tablas 4 y 5.
El pH de las muestras osciló entre 6.2-8.0, el suelo control presentó un pH de 6.2 lo
cual indica que es un suelo ligeramente ácido, y el pH de los suelos de San Gregorio
oscilaron entre 7.2 y 8.0 son suelos neutros o moderadamente alcalinos. De acuerdo
a la NOM-021-REC-NAT-2000 a un valor de pH entre 6.6-7.3 los nutrientes
presentan una adecuada disponibilidad. La capacidad de retención de agua
representa la máxima cantidad de agua que puede ser retenida en un suelo contra la
fuerza de gravedad y se relaciona con el contenido y tipo de arcilla y el contenido de
materia orgánica. De acuerdo a los resultados obtenidos los suelos presentaron un
porcentaje de capacidad de retención de agua entre 131 y 138%.
La textura al igual que la estructura del suelo, influye en la cantidad y disponibilidad
de agua y nutrimentos, así como en las condiciones de aireación y drenaje. La
textura del suelo describe el tamaño de las partículas minerales presentes en el
suelo y la proporción en la que se encuentran en el mismo. De acuerdo a los
resultados obtenidos son suelos te textura media (Franco arcillo arenoso, Franco
arenoso) son suelos con porosidad equilibrada que permiten buenas condiciones de
aireación y drenaje, presentan una capacidad moderadamente alta de retención de
agua y nutrimentos, adecuados para la producción agrícola. La CE osciló entre 0.691.39 (ds/m-1), que nos indica que el efecto de salinidad de nuestras suelos es casi
nulo (Vázquez, 1997).
El contenido de carbono orgánico en suelos varió entre 1600 y 588 mg de C kg -1
suelo (Tabla 5). De acuerdo a lo reportado para los suelos agrícolas está entre una
38
6. Resultados
clase alta para 1600 mg de C kg-1 suelo y media para 588 mg de C kg-1 suelo
(Vázquez, 1997). El carbono esta presente en la materia orgánica del suelo en un
porcentaje de 48% a 58% del total del peso (Acosta y Paolini, 2006). Considerando el
mayor contenido de C en la materia orgánica (58%), los de textura media (0.7-4.2%
de materia orgánica) abarcan todo el intervalo, desde muy bajo (<0.80) hasta muy
alto (>3.01). El contenido de materia orgánica es probablemente una de las
principales características, ya que se asocia con la liberación de N, P y S, con la
disponibilidad de Fe, Mn, Cu y Zn y como fuente de ácidos fúlvicos y húmicos
(participan en la fisicoquímica del suelo y en la fisiología de la planta).
El nitrógeno total varió entre 3033 (0.33%) y 8633 (0.86) mg N Kg suelo-1. El
contenido de nitrógeno total en los suelos generalmente varía entre <0.03% en
subsuelo a >2.5%, quedando nuestros suelos en un nivel rico en nitrógeno. En
cuanto a los formas de nitrógeno inorgánico NH4+, NO2-, NO3- son altas de acuerdo a
los reportado por Vázquez, (1997).
El fósforo es un elemento que necesitan las plantas para crecer y desarrollar su
potencial genético, la cantidad de fósforo disponible osciló entre 34.03-81.04 mg Kg-1
lo que indica que en nuestro suelo presenta un contenido alto en este elemento
(Vázquez, 1997).
39
6. Resultados
Tabla 4 Caracterización fisicoquímica del suelo
Distribución de tamaño de
partícula
Clase
CE
CIC
pH
CRA
Arcilla %
Limo %
Arena%
Textural
(ds/m-1)
cmolc Kg-1 suelo
SG1
7.28b
137.87a
41.18
14.74
44.09
0.88b
30.54a
SG2
7.34b
132.34c
35.93
13.97
50.11
1.39b
24.79a
SG3
8.02ª
135.95b
34.59
12.77
52.64
0.69b
26.79a
C
MSDe
(P<0.05)
6.28c
131.08c
15.44
15.44
8.61
Arcillo arenoso
Franco arcillo
arenoso
Franco arcillo
arenoso
Franco
arenoso
1.12a
22.29a
0.41
1.64
0.72
16.7
Medias con la misma letra no son significativamente diferentes (A, B y C)
MSD (p<0.05).
CIC: Capacidad de intercambio catiónico
CE: Conductividad eléctrica
Tabla 5 Continuación de caracterización fisicoquímica
Carbono
Inorgánico
Orgánico total
Biomasa Nitrógeno total
NH4+
NO2-
Fosforo
Disponible
NO3-
(mg C kg-1 de suelo)
mg N kg-1 suelo
mg N kg-1 suelo
mg kg-1 suelo
561.9a
466.8a
481.1a
720a
900b
588b
752b
1600ª
8286b
6891b
9843b
32684ª
3577.8b
3033.3b
3422.2b
8633.3a
3.63b
3.96b
11.25ª
10.39ª
0.54b
0.87b
0.38c
1.66ª
4.28d
26.99b
7.11c
141.68ª
81.40a
34.03c
36.08c
59.30b
331.19
437.54
4739
767.03
2.28
0.3374
2.3628
12.7
40
6. Resultados
6.2 Caracterización fisicoquímica de la vermicomposta
La enmienda orgánica utilizada (vermicomposta), fue elaborada de estiércol de
bovino y caracterizada por la norma NMX-FF-109-SCFI-2008. En todos los grados de
calidad, la vermicomposta debe cumplir con las especificaciones fisicoquímicas que a
continuación se detallan en la tabla 6.
Tabla 6 Caracterización físico química de la vermicomposta
VARIABLE
Carbono
pH
CE
Humedad
Cenizas
Materia orgánica
% de Germinación
Densidad aparente
VALORES
189.332 g c/kg Vc
8.912
1.55 dS/m
32.92%
36.10%
47.09%
90 % (72 hrs)
0.56 g/ml
-
NO
NO
2
3
+
NH
4
Fósforo Disponible
Fierro
Zinc
Cobre
Manganeso
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Escherichia coli
Salmonella spp 3
Huevos de helmintos viables
5.381 mg/Kg
686.50 mg/Kg
70.387 mg/Kg
198.83 mg/Kg
4.4667 mg/Kg
10 mg/Kg
0.8667 mg/Kg
88 mg/Kg
23.4198 cmol/Kg
6.0356 cmol/Kg
2.6081 cmol/Kg
15.26 cmol/Kg
<1000 NMP por g en base seca
NMP en 4 g, en base seca
1 por campo en 4g, en base seca
CE: conductividad eléctrica
+
NH : Amonio
4
NO
NO
-
3
-
: Nitratos
: Nitritos
2
__________________________________________________________________________________
41
6. Resultados
De acuerdo a la caracterización física y química de la vermicomposta muestra que
sus resultados están dentro de los límites permisibles de acuerdo a la norma: NMXFF-109-SCFI-2008. Por lo tanto es una buena vermicomposta, posee gran riqueza en
materia orgánica y nutriente. El pH es de 8.91, este mostró la tendencia ligeramente
alcalina, que de acuerdo a lo reportado por Otero (2010), indica una mejor estabilidad
y este rango coincide con la Norma Mexicana NMX-FF-109-SCFI-2007 que reporta
un valor desde 5.5 hasta 8.6. Así mismo, concuerda con lo citado por Campitelli
(2008), quien estima valores desde 6.2 hasta 10.2. Otro factor que interviene con el
pH es el material con el cual fue elaborada la vermicomposta y la digestión realizada
por bacterias y hongos que liberan ácidos orgánicos tales como ácido acético,
palmítico, etc.
Los valores de fósforo, potasio, sodio, magnesio y calcio son similares a los
reportados por Hernández (2006), en frecuencia del riego en el crecimiento de la
lombriz (Eisenia ssp) y caracterización química de la vermicomposta, aunque estas
comparaciones sólo son referenciales, ya que las características químicas de la
vermicomposta dependen del tipo de alimento ofrecido a las lombrices y el manejo
dado en el sistema de producción (Hernández et al., 2010A). En general la
vermicomposta presentó características favorables para ser utilizada en las
actividades agrícolas.
6.3 Estimación del carbono de biomasa microbiana:
6.3.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
Incubación (FI) en el suelo de san Gregorio.
La cantidad de Carbono de CO2 (C-CO2) producido en los suelos fumigados y no
fumigados se utilizó para calcular el C de la biomasa microbiana del suelo (C
microbiano) mineralizable. En la figura 6, se observa que el carbono microbiano varió
entre 491 mg C kg-1 y 3466 mg C kg-1.
42
6. Resultados
En la figura 6, se observa, como el Carbono de biomasa proveniente del CO 2
presenta diferencia significativa (P≤0.05) entre el sitio control (C) y San Gregorio
(SG), en el suelo control el tratamiento S fue mayor que el S+VC sin embargo no hay
una diferencia significativa entre ambos, el tratamiento SE+VC se observa que al
esterilizar el suelo el carbono que se liberó no es suficiente para aumentar la
biomasa microbiana y como respuesta una baja tasa de respiración lo contrario
sucede al esterilizar la vermicomposta S+VCE, el carbono que liberó incremento la
respiración de los microorganismos ya que contiene una gran cantidad de carbono
secuestrado que fue la fuente de sustrato para los microorganismos del suelo por lo
tanto incrementaron la mineralización de carbono, por lo tanto mayor fertilidad del
suelo. En el SE+VCE o control abiótico no se observo mineralización del carbono
debido a la muerte de los microorganismos por la esterilización.
En el Suelo de San Gregorio (SG) el tratamiento S fue menor que el S+VC que al
aplicar la enmienda aumentó la mineralización del carbono en el suelo, el tratamiento
S+VCE incrementó dos veces más que el tratamiento S lo que indica que la
vermicomposta tenía gran cantidad de carbono retenido que fue liberado con la
esterilización y consumido por los microrganismos de la biomasa del suelo. En
S+VCE se observa que en el suelo SG que es un suelo perturbado la cantidad de
biomasa microbiana no es suficiente para consumir el carbono que se liberó de la
vermicomposta al ser esterilizada y mientras que en el suelo C el carbono de
biomasa incremento 3 veces más.
En el tratamiento S+VCE, se observó que el carbono que se liberó al esterilizar la
vermicomposta fue consumido por los microorganismos del suelo presentando
diferencias con los suelo de San Gregorio (SG) y control (C) ya que se incrementó
dos veces la cantidad de CO2-C en comparación al suelo de San Gregorio
incrementando la tasa de respiración del suelo y por lo tanto mejorando la fertilidad
de este.
43
6. Resultados
Figura 6 Producción de CO2, carbono de biomasa microbiana
SG: San Gregorio
C: control
Medias con la misma letra no son significativamente diferentes
6.3.2 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
extracción (FE) en el suelo de San Gregorio
6.3.2.1 Carbono de biomasa en los suelos de San Gregorio
La FI ha sido ampliamente utilizada y es considerada como técnica de referencia. La
técnica sin embargo, requiere tiempo, por lo tanto se han desarrollado nuevos
métodos, como la FE desarrollada a partir de la FI y utilizada más en los años
recientes por requerir menos tiempo para su medición (García et al., 2003).
44
6. Resultados
Se determinó el carbono de biomasa y los resultados se presentan en la figura 7. La
cantidad de carbono microbiano varió de 3286 mg C kg-1 suelo a 38761 mg C kg-1
suelo. En el tratamiento (S) presenta una emisión de carbono de biomasa de 7115
mg C kg-1 suelo, pero en el segundo tratamiento (S+VC) al que se le agregó
vermicomposta aumentó de manera significativa a 10885 mg C kg -1 suelo debido a
que la vermicomposta le aporta carbono fácilmente asimilable a los microorganismos
del suelo. Pero en el tratamiento (SE+VC) muestra que hay una disminución de la
cantidad de carbono microbiano esto se debe a que el suelo contiene muy poco
carbono para los microorganismos de la vermicomposta y lo contrario en el
tratamiento (S+VCE) la vermicomposta al ser esterilizada liberó gran cantidad de
carbono que esta retenido en la vermicomposta y fue sustrato para los
microorganismos del suelo aumentando el carbono de biomasa. En el quinto
tratamiento (SE+VCE) se esterilizó el suelo y la vermicomposta para liberar todo el
carbono el cual fue menor que el tratamiento (S) debido a que los microrganismos
siguen realizando sus funciones y de tal forma generando mas carbono.
En el sitio C en el tratamiento S+VC elevó la biomasa aunque no significativamente
comparado con el suelo que no se le aplicó la enmienda, en el tratamiento SE+VC se
observa una disminución lo que indica la presencia de poca biomasa microbiana en
el suelo y no permitió respirar considerablemente el carbono presente en la
vermicomposta, en el tratamiento S+VCE se observa un incremento significativo
debido a la cantidad de carbono que aporto la vermicomposta fue aprovechado por
los microorganismos del suelo e incrementaron su actividad. En el tratamiento
SE+VCE hubo una metabolización del carbono al ser esterilizado tanto el suelo y la
vermicomposta.
En general se observa que el tratamiento que se le aplicó vermicomposta incremento
su cantidad de carbono el cual es un elemento indispensable para que se lleven a
cabo los ciclos biogeoquímicos, además mejoró la fertilidad del suelo tanto en el
suelo perturbado (SG) como en el suelo que ya tenia un buen funcionamiento
favoreció de manera significativa.
45
6. Resultados
Figura 7 Cuantificación de C de biomasa por el método de FE
Medias con la misma letra no son significativamente diferentes
MSD (p<0.05).
SG: San Gregorio
C: control
6.3.2.2 Nitrógeno reactivo ninhidrina (NRN) en suelos de San Gregorio
El N de carbono de biomasa que se obtuvo a partir del nitrógeno reactivo a ninhidrina
(NRN), se sabe que el nitrógeno es uno de los elementos que mayor influencia tiene
sobre el desarrollo de las plantas. En la figura 8 se muestran los resultados obtenidos
para NRN estos oscilaron entre 874 mg N Kg-1 suelo a 24834 mg N Kg-1 en suelos
enmendados y no enmendados.
En el suelo de San Gregorio en el tratamiento S+VC hubo un aumentó significativo
comparado con el tratamiento S, donde el N que contiene la vermicomposta y el
46
6. Resultados
carbono tuvieron un efecto positivo en el suelo perturbado mejorando su fertilidad
debido a que el N y C son uno de los elementos esenciales en el desarrollo de las
plantas, en el SE+VC el N disminuyó 4 veces mas debido a que el suelo esta muy
perturbado y el N es limitante, lo mismo sucedió en el tratamiento S+VCE que se vio
a una disminución aun 4 veces mas comparado con el tratamiento S. en el
tratamiento SE+VCE no se tiene un aumento significativo. En general la mayor
cantidad de carbono de biomasa obtenido a partir de NRN lo representa el
tratamiento S+VC con 24834 mg N Kg-1.
La misma tendencia se observo en el suelo control, solo que las emisiones de
nitrógeno son mayores en cada tratamiento considerando que es un suelo que no
esta perturbado y tiene un buen funcionamiento.
Figura 8 C de biomasa microbiana obtenida por nitrógeno reactivo a Ninhidrina.
Medias con la misma letra no son significativamente diferentes
MSD (p<0.05)
SG. San Gregorio
C: control
47
6. Resultados
6.4 Dinámica de carbono en los suelos de San Gregorio
La tasa de producción de CO2 es importante porque nos da una indicación de la tasa
de descomposición de la materia orgánica y por lo tanto de la cantidad que se pierde
de carbono del suelo. Sin embargo, su medición, también puede aportar información
sobre el contenido de carbono que puede tener un suelo y, por ende, idea de la
fertilidad del mismo. Los resultados obtenidos de la incubación aerobia de 28 días
(Figura 9), permite observar que en el día 3 los contenidos de carbono de los
tratamientos al que se les aplicó vermicomposta presentó una producción mayor que
la observada en el S, SG y SG+VC (90 mg C Kg-1, 126 mg C Kg-1 y 270 mg C Kg-1
respectivamente). Para el día 7 los tratamientos elevaron su producción de CO2, sin
embargo, nuevamente el S+VC presentó una producción significativamente mayor a
la del resto de los tratamientos (Figura 9), el día 14 los suelos del C+VC y S
presentaron una producción significativamente mayor a la de los otros dos
tratamientos, esas marcadas diferencias se mantuvieron a los 28 días, en los que los
tratamientos con suelo perturbado empezaron a llegar a una fase estacionaria,
mientras que los de los suelos no perturbados parecían continuar con su actividad
respiratoria.
En general el incremento en la producción de CO2 con la aplicación de
vermicomposta, fue mayor en los suelos en que fue aplicada la enmienda. En el día 3
los suelos sin enmienda tuvieron una producción de CO2 de 90 mg C Kg-1 en el SG y
SG+VC 126 mg C Kg-1. La producción de SG aumentó tres veces más para el día 28
a 270 mg C kg-1 suelo y para el SG+VC aumentó tres veces más para el día 28 a 360
mg C Kg-1. El día 3 en suelo C tuvo una producción 270 mg C Kg-1 aumentando tres
veces mas para el día 28 a 630 mg C Kg-1 y para el suelo C+VC tuvo una producción
de 306 mg C Kg-1 aumentando dos veces más a 720 mg C Kg-1. Debido a que la
vermicomposta le proporcionó al suelo gran cantidad de compuestos de fácil
descomposición, cuya adición resultó un incremento en la actividad biológica de los
microrganismos, logrando una correlación positiva entre el suelo y la vermicomposta.
La tendencia en general en la producción de CO2 en los 28 días fue similar (Figura
48
6. Resultados
9), es decir, fue aumentando conforme transcurrían los días de incubación (0, 3, 7,
14, 28).
La producción de CO2 se uso como un indicador de la mineralización del carbono
que se encontraba retenido o secuestrado en el suelo, por lo tanto, mientras más
producción de CO2 tuviera un suelo, mayor sería su capacidad de mantener ese
carbono retenido y por lo tanto su fertilidad. De ahí que, la aplicación de la enmienda
permitió el incremento de la capacidad de secuestramiento del suelo y por ende del
mejoramiento de la fertilidad de los suelos estudiados.
-1
Figura 9 Emisión de CO2 (mg C Kg de suelo) en una muestra de suelo de san Gregorio con
vermicomposta, incubado 28 días.
SG: San Gregorio
C: Control
SG+VC: San Gregorio + vermicomposta
C+VC: Control + vermicomposta
49
6. Resultados
6.5 Mineralización de N inorgánico (NH4+, NO2-, NO3-)
Las concentraciones de NH4+ en el suelo de San Gregorio (SG) con vermicomposta y
sin vermicomposta, disminuyeron lentamente al valor de 1.86 mg N Kg-1 a 1.30mg N
Kg-1 sin vermicomposta y para el SG+VC disminuyó de 2.26 mg N Kg -1 a 1.77 mg N
Kg-1 para el día 28 (Figura 10). Lo mismo sucedió con el control tanto con
vermicomposta y sin vermicomposta disminuyo de 2.65 mg N Kg-1 a 2 mg N Kg-1 sin
vermicomposta y el C+VC para el día 0 presento una producción de 2.93 mg N Kg -1
disminuyendo a 2.36 mg N Kg-1 para el día 28.
El día cero el contenido de amonio del tratamiento suelo+ vermicomposta no
presentó diferencia significativa con respecto al suelo control +vermicomposta
(Figura 10); dicho comportamiento se mantuvo para el día 3 de la medición. Se
observó que el contenido de amonio disminuyó conforme fueron transcurriendo los
días de muestreo (0, 3, 7, 14 y 28).
Por otro lado, se observó que la adición de vermicomposta aumentó lentamente las
concentraciones de NO2- en el suelo de San Gregorio de 0.35 a 0.66 mg N Kg-1 suelo
en comparación con los tratamientos sin vermicomposta, en los que también se
observó un aumento lento durante el periodo de incubación. El día 3 los suelos
enmendados mostraban un ligero aumento de NO2- esto nos indica que se estaba
llevando a cabo el proceso de nitrificación, el día 7 seguía la misma tendencia de
aumento hasta el día 28 (Figura 10). En el tratamiento control sin vermicomposta se
observó que aumentó significativamente del día cero al día 28 de 0.49 mg N Kg-1 a
1.8 mg N Kg-1 y para el C+VC para el día 0 de 0.66 mg N Kg-1 a 2.69 mg N Kg-1para
el día 28.
Las concentraciones de NO3- en el suelo de San Gregorio para el día cero fue de
1.13 mg N Kg-1 suelo y para el suelo enmendado fue de 2.93 mg N Kg-1suelo, para el
día tres aumentó dos veces la cantidad de NO3- el tratamiento SG+VC, el cual
presentó diferencias significativas respecto a SG en el mismo día de muestreo. Para
50
6. Resultados
el día 7 tanto el tratamiento SG y SG+VC no presentaron diferencias significativas,
pero para el día 14 el tratamiento SG+VC incrementó ligeramente y lo mismo sucedió
para el día 28 (Figura 10).
En general las concentraciones de NO3- aumentaron en SG+VC que por sus
propiedades incrementó la actividad de los microrganismos del suelo, favoreciendo
una correlación positiva en el proceso de mineralización del nitrógeno, de tal manera
que también se vio reflejado de manera incipiente pero con una tendencia a
mantenerse en un mejoramiento en la calidad edáfica.
51
6. Resultados
a) NH4+
3.5
SG
C
SG+VC
C+VC
3
2.5
2
1.5
1
0
3
7
-1
28
b) NO2-
3
mg N Kg suelo
14
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
3
7
14
28
c) NO312
10
8
6
4
2
0
0
3
7
14
28
Tiempo (Días)
Figura 10 Cuantificación de nitrógeno inorgánico
SG: San gregorio
C: Control
SG+VC: San gregorio + vermicomposta
C+VC: Control + vermicomposta
52
7. Discusión y conclusiones
7. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
7.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana:
7.1.1 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
Incubación (FI) en el suelo de san Gregorio.
En los suelos agrícolas se han reportado contenidos de C microbiano entre 200-1000
mg C kg-1 suelo. En nuestro estudio se encontraron valores de 491-3466 mg C Kg-1
suelo, tres veces más de lo que reporta Vásquez, (2005). Contreras et al., (2006)
determinaron el efecto de la adición de enmiendas orgánicas en suelos agrícolas, se
encontraron valores de 196-5850 mg C kg-1 suelo, los resultados mostraron que los
suelos a los que se les agregó la enmienda presentaron los mayores valores de
carbono mineralizado, aumentando la cantidad de carbono hasta 10 veces más en
comparación al suelo que no se le adicionó la enmienda (control), siendo valores
superiores a los encontrados en nuestra investigación, considerando que la
enmienda que se aplicó fue elaborada de gallinaza y la utilizada en nuestra
investigación fue de estiércol de bovino la cual contiene menos cantidad de carbono
y nitrógeno. La introducción de una fuente de carbono al suelo ocasiona cambios en
el material orgánico durante su mineralización por la actividad microbiana en tiempos
muy cortos es decir se lleva a cabo el “efecto iniciador” el cual describe el proceso de
mineralización
de
materia
orgánica
cuando
se
le
adiciona
un
sustrato
(vermicomposta). Este carbono es mineralizado por los microrganismos y provoca
cambios en la actividad de la respiración microbiana, reflejada en un aumento en la
producción de CO2 y un incremento en la población microbiana, lo cual explica el
comportamiento de nuestro suelo al cual se le aplicó vermicomposta como fuente de
carbono la cual tuvo un efecto iniciador aumentando la mineralización del carbono en
el suelo.
Vásquez et al., (2007) midieron la biomasa microbiana por que es un factor clave en
la dinámica de los nutrientes en el suelo, el C-CO2 osciló desde 114 hasta 1347 mg C
53
7. Discusión y conclusiones
kg-1, se encontró que los suelos que tenían mayor contenido de materia orgánica
presentaban mayor cantidad de carbono mineralizado. Estos valores son similares a
los que se presentan nuestros suelos que oscilaron entre 491-1600 mg C kg-1, pero
también consideramos que estos valores son de un suelo sin enmienda y en nuestro
estudio se aplicó vermicomposta y presenta valores hasta 2 veces más (1323-3466
mg C kg-1), debido a la cantidad de carbono que aporta la vermicomposta utilizada y
aumenta la mineralización de carbono lo cual indica que aumenta la calidad edáfica.
También Azam et al., (1986) reportaron valores que oscilan entre 1680- 4140 mg C
Kg-1 suelo, siendo valores superiores a lo reportado en nuestra investigación, pero no
aplicaron ninguna enmienda lo que nos habla que son suelos que aun no están
deteriorados y que tienen una buena actividad microbiana y calidad edáfica. A
diferencia de nuestro suelo sin enmienda que es un suelo perturbado el cual la
enmienda le proporciona nutrientes para que lleve a cabo el proceso de
mineralización y aumente la biomasa microbiana y así mejore su calidad edáfica.
En la investigación se realizaron controles abióticos los cuales fueron útiles para
saber de donde proviene la fuente de carbono si la proporciona la enmienda o el
suelo.
7.2 Estimación del carbono de biomasa microbiana: Método de fumigación
extracción (FE) en el suelo de San Gregorio
7.2.1 Carbono de biomasa en los suelos de San Gregorio
La biomasa microbiana del suelo facilita las funciones clave del ecosistema, como la
agregación y el ciclo de los nutrientes haciendo una contribución sustancial a la
materia orgánica del suelo. Los resultados que se presentan en esta investigación
muestran valores de 3876-13286 mg C kg-1 suelo. Kallenbach y Stuart, (2011),
reportaron valores similares, donde aplicaron varios tipos de enmiendas y observaron
su efecto en la biomasa microbiana, esta regula los procesos que afectan las
54
7. Discusión y conclusiones
funciones de un ecosistema asociado a los ciclos de los nutrientes, fertilidad del
suelo y transformación de la materia orgánica, nuestro estudio indicó que incluso
pequeñas cantidades de enmiendas orgánicas (vermicomposta) restauran en poco
tiempo la biomasa microbiana debido a que es un indicador de calidad edáfica que
responde rápidamente a los efectos de recuperación o perturbación de un suelo.
En nuestro estudio se encontraron valores de carbono de biomasa de 7115- 40765
mg C kg-1que son dos veces más a los que reportaron Vásquez et al., (2007) en
donde midieron la biomasa microbiana de suelos agrícolas, está osciló desde 138
hasta 2195 mg C kg-1 suelo. Se encontró que los suelos que tenían mayor contenido
de materia orgánica presentaban mayor cantidad de carbono mineralizado y esta
materia orgánica se las proporcionó la vermicomposta que fue utilizada en este
tratamiento. También Santos et al., (2011); De-Polli et al., (2007) aplicaron una
enmienda y observaron que aumentaba la biomasa microbiana, estos resultados
fueron similares a los encontrados en nuestra investigación, porque al aplicar la
enmienda se incrementa la cantidad de materia orgánica, esta materia orgánica esta
muy relacionada en el proceso de mineralización de carbono e incrementa la
biomasa microbiana.
7.2.2 Nitrógeno reactivo a ninhidrina (NRN) en suelos de San Gregorio
El nitrógeno es un elemento importante en el control de la fertilidad del suelo y la
producción de biomasa, desempeña un papel importante en el metabolismo y
síntesis, es componente de los ecosistemas y participa en el proceso de reciclaje de
nutrientes. Vásquez et al., (2007), observaron que el nitrógeno reactivo a ninhidrina
varió de 12.4 a 203.9 mg N Kg-1 suelo. Esto es diferente a lo encontrado en nuestro
estudio que presenta valores de 24834 mg N Kg-1 suelo a 874 mg N Kg-1 debido a
que en nuestro estudio los suelos fueron enmendados con vermicomposta y está
elevó el contenido de nitrógeno de biomasa microbiana. La dinámica de nitrógeno y
su aceleración esta ligado a la descomposición de materia orgánica, por que todas
55
7. Discusión y conclusiones
las transformaciones de N y procesos de absorción son medidos por los sistemas
enzimáticos que requieren de carbono y energía para su síntesis y expresión.
También Acosta y Paolini (2006) cuantificaron el NRN, los resultados estuvieron en
un rango entre 12000 y 6000 mg N kg-1 respectivamente comparada con el control
(4000 mg N kg-1) y el incremento fue atribuido a la adición de enmiendas. A pesar de
que en nuestro estudio la cantidad de enmienda aplicada fue menor se obtuvo un
mayor incremento en la cantidad de NRN hasta de un 26789 mg N kg-1 que fue 2
veces más que lo que presentaron en su investigación. La inmovilización puede ser
ocasionada por una alta producción de NRN, por que los microrganismos lo atrapan
y afecta el proceso de nitrificación, retardando el proceso de maduración, debilita la
planta y puede provocar menos resistencia a enfermedades.
7.2 Emisión de CO2 en los suelos de San Gregorio
La actividad microbiana del suelo puede ser estimada indirectamente en la
determinación de la respiración, esta consiste en determinar la producción de CO2
desprendido. El flujo de CO2 representa una medición de la mineralización del
carbono. El C-CO2 analizado en nuestros suelos enmendados con vermicomposta
osciló entre 270-306 mg C kg-1 suelo. Bernal et al., (1998) aplicaron a un suelo
agrícola vermicomposta de bovino, sus resultados fluctuaron entre 8314 a 3858 mg
Kg. La producción de CO2 es importante por que nos da una índice de la tasa de
descomposición de la materia orgánica y por la tanto de la cantidad de carbono del
suelo. Los valores obtenidos son mayores a los que reportaron Pedra et al., (2007)
que reportaron valores en suelos agrícolas enmendados variaron entre 140-170 mg
C Kg-1 suelo.
La aplicación de enmiendas incrementó la mineralización de carbono del suelo, esto
de debe a la presencia de una alta concentración de C orgánico fácilmente
degradable llevando a un gran incremento de la población microbiana en el suelo.
56
7. Discusión y conclusiones
Kara y Bolat, (2008); Zhao et al., (2008) informaron que la tasa de evolución de CCO2 fue mayor durante la primera semana de incubación. La captación de carbono
en el suelo por los microrganismos incrementa las emisiones de CO 2, estas influyen
directamente sobre la productividad de los cultivos, mejorando el suelo y reduciendo
la erosión.
7.3 Mineralización de nitrógeno inorgánico (NH4+, NO2-, NO3-)
El nitrógeno (N) es un elemento crucial del suelo, su ciclo esta determinado por la
descomposición del carbono orgánico, participa de manera importante en el
desarrollo de las plantas donde su asimilación se realiza en un estado de N
inorgánico (NH4+, NO2-, NO3-). El suministro y movimiento del nitrógeno es esencial
en la fertilidad del suelo. En esta investigación se encontró que el NH 4+ tanto en el
control como el suelo con enmienda fue disminuyendo conforme pasaban los días
este varió entre 2.64-2.36 mg N Kg-1 suelo. (Guerrero et al., (2007) reportaron un
comportamiento similar al encontrado en nuestro estudio. Inmediatamente después
de la adición de la enmienda, el contenido de amonio en los suelos tratados
disminuyo rápidamente. Además Guerrero et al., (2007) observaron que los NO3aumentaban progresivamente desde 65 hasta 108 mg N kg -1. Especialmente en
aquellas muestras tratadas con la enmienda. El contenido de nitrógeno inorgánico en
el control y suelos enmendados fue principalmente como NO3-, siendo alrededor del
92% en promedio en este experimento, lo que indica que la nitrificación no fue
afectada por estos desechos orgánicos con los que fue elaborada la vermicomposta.
En nuestro suelo control el NH4+ fue disminuyendo con el paso del tiempo, se
observó que cuando pasaba a NO2- este aumentaba ligeramente y cuando pasaba a
NO3- aumentaba de manera significativa, lo que completaba el proceso de
nitrificación, cuando se le agregó la enmienda a nuestro control el NH4+de igual forma
que el control sin enmienda fue disminuyendo, pero en los NO 2- aumentaban y lo
mismo sucedía con los NO3- lo cual produjo una inmovilización del nitrógeno, la
57
7. Discusión y conclusiones
inmovilización fue el resultado de agregar vermicomposta al suelo control que es un
suelo con un funcionamiento adecuado, el carbono que se agregó fue consumido
por los microorganismos atrapándolo para ellos de tal manera que compiten por
estos nutrientes con las plantas. También en la cuantificación de CO 2 se puede
observar este comportamiento debido a que hubo mayor producción del CO 2 lo que
indica que los microrganismos aumentaron significativamente y si observamos el
nitrógeno orgánico que se cuantificó como NRN se observa que hay una mayor
producción en el control con enmienda lo que viene a reforzar lo antes mencionado
de una inmovilización de este elemento, esto es similar a lo reportado por Hueso et
al., (2011).
Con respecto a los suelos de San Gregorio con y sin enmienda se observa que el
NH4+ fue disminuyendo y que el paso por NO2- se mantuvo estable ya que es un
proceso muy rápido y en cuanto a los NO3- fueron aumentando en el suelo
enmendado y el proceso de nitrificación se llevo a cabo favorablemente. Este efecto
favorable sobre la actividad biológica del suelo resultó más favorable sobre los
tratamientos con vermicomposta, lo que sugiere que el C de la biomasa microbiana
responde rápidamente y con cierto grado de sensibilidad a la incorporación de este
material orgánico.
Al aplicar vermicomposta al suelo control presentó una acumulación de NO2- y baja
producción de NO3-, por lo tanto se observó una inmovilización de este elemento que
se corroboro al observar el aumento en NRN. La inmovilización de este elemento
afecta el crecimiento de las plantas debido a que los microrganismos captan los
nutrientes atrapándolos para su beneficio.
58
7. Discusión y conclusiones
CONCLUSIÓN
La incorporación de carbono proveniente de la vermicomposta, contribuye a
estimular la actividad de los microorganismos autóctonos del suelo y también de la
biomasa microbiana del suelo, por tal motivo mejora la calidad edáfica, siendo
aceptada nuestra hipótesis.
El uso de las enmiendas orgánicas como la vermicomposta es una opción viable
para que los productores del municipio de Pajacuarán cambien el uso de insumos
químicos por el uso de enmiendas orgánicas (vermicomposta), por las características
que posee ésta favorece la mineralización de carbono y mejora la calidad edáfica.
Los suelos de San Gregorio son suelos perturbados por las malas prácticas
agrícolas, por lo tanto, la aplicación de vermicomposta estable y madura al suelo es
una buena opción para la sostenibilidad de este recurso; su uso ha permitido
aumentar la producción de productos agrícolas, además ayuda a reducir costos al
utilizar fertilizantes químicos y mejora la calidad edáfica.
59
8. Bibliografía
8. BIBLIOGRAFÍA
Arroyave S., Milena S., Correa F. 2009. Análisis de la contaminación del suelo: revisión de
la normativa y posibilidades de la regulación económica. Semestre Económico 12:
13-34.
Acosta y Paolini J. 2006. Dinámica de la biomasa microbiana (C y N) en un suelo de la
península de paraguaná tratado con residuos orgánicos. Multiciencias. 6: 180-187.
Anderson T., Joergensen R. 1997. Relationship between SIR and FE estimates of microbial
biomass C in deciduous forest soils at different pH. Fuente principal; Höper, H. 2006.
Substrate-induced Respiration. In Bloem, J; Hopkins, D; Benedetti, A. eds.
Microbiological Methods for Assessing Soil Quality. London, UK, CABI. p. 84-92.
Alef K y Nannipieri P. 1995. Methods in applied soil microbiology and biochemistry.
Academic Press. Great Britain. p. 576.
APHA AWWA WPCF 1989. Standard methods for the examination of water and wastewater.
17th ed. Published jointly by American Public Health Association, American Water
Works Association and Water Environment Federation. American Public Health
Association, 2015 Fifteenth Street, NW Washington, DC 20005, USA.
Bautista A., Etchevers J., Castillo R., Gutiérrez C. 2004. La calidad del suelo y sus
indicadores. Ecosistemas. 8:1-11.
Bernal M., Sánchez M., Paredes C., Roig A. 1998. Carbon mineralization from organic
wastes at different composting stages during their incubation with soil. Agriculture,
ecosystems and environment. 69:175-189.
Bremner M. 1996. Total nitrogen. In: Sparks, D.L. (Ed.). Methods of Soil Analysis Chemical
Methods Part 3. Soil Science Society of America Inc., American Society of Agronomy,
Inc., Madison, Wisconsin, USA, pp. 1085–1122.
60
8. Bibliografía
Contreras F., Paolini J., Rivero C. 2006. Efecto de la adición de enmiendas orgánicas sobre
la cinética de la mineralización del cabono en suelos del municipo Rivas Dávila,
estado Mérida, Venezuela. Facultad Agronómica. 31:37-52.
Danzos H. 2007. La agricultura como alternativa al uso de plaguicidas: el caso de Huatusco
Veracruz. Tesis de maestría, Universidad Iberoamericana.
De-Polli H., Costantini A., Romaniuk R., Sampairo M. 2007. Chloroform fumigation-extractio
labile c pool (microbial biomass c “plus”) shows high correlation to microbial biomass
c in Argentinian and Brazilian soils. Ciencias del suelo. 25 (1): 15-22.
García, J., Casals P., Camarero, L., Huguet C., Thompson R., Sebastia M., and Joan
Romanya. 2008. Factors regulating carbon mineralization in the surface and
subsurface soils of Pyrenean mountain grasslands. Soil Biology & Biochemistry 40:
2803-2810.
García C., Gil F., Hernández T., Trasar C. 2003. Técnicas de análisis paramétricos
bioquímicos en suelos: medida de actividades enzimáticas y biomasa microbiana.
Mundi-prensa. Madrid, España. Pág. 369.
Gee W., Bauder W. 1986. Particle size analysis. In: Klute, A. (Ed.), Methods of Soil Analysis,
Part 1 Physical and Mineralogical Methods, second ed. Soil Science Society of
America Inc., American Society of Agronomy, Inc., Madison, Wisconsin, USA, pp.
383-411.
González C., Robledo M., Medina I., Velázquez J., Girón M., Quintanilla B., Ostrosky P.,
Pérez N.y Rojas E. 2010. Patrón de uso y venta de plaguicidas en Nayarit, México.
Revista Internacional de Contaminación Ambiental. 26 (3): 221-228.
González F., González F y Jiménez M. 2007. Las ilustraciones de los ciclos biogeoquímicos
del carbono y nitrógeno en los textos de secundaria. Eureka. 4 (3):442-460.
61
8. Bibliografía
Gregorich E., Wen G., Voroney R., Kachanoski R. 1990. Calibration of a rapid direct
chloroform extraction methods in microbiology. Techniques in microbial ecology.
Academic press, London, pp. 309-342.
Guerrero C., Moral R., Gómez I.,Zornoza R., Arcenegui V. 2007. Microbial biomass and
activity of and of anagricultural soil amended with the solid phase of pig slurries.
Bioresource Technology. 98: 3259-3264.
Hernández A y Hansen A. 2011. Uso de plaguicidas en dos zonas agrícolas de México y
evaluación de la contaminación de agua y sedimentos. Revista internacional de
contaminación ambiental. 27 (2): 115-127.
Hernández R., Ojeda D., López J., Arras A. 2010A. Abonos orgánicos y su efecto en las
propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. Tecnociencia chihuahua. 5(1):16.
Hernández J., Mármol L., Guerrero F., Salas E., Barcelas J., Polo V., Colmenares C. 2010B.
Caracterización química, según granulometría, de dos vermicompost derivados de
estiércol bovino puro mezclado con residuos de fruto de la palma aceitera. Facultad
de agronomía. 27:491-520.
Hernández J., Pietrosemoli S., Faría A., Canelón R., Palma R., Martínez J. 2006.
Frecuencia de riego en el crecimiento de la lombriz (eisenia spp) y caracterización
química del vermicompost. ADO agrícola. 6(1):20-26.
Ibañez C., Palomeque S., Fontúrbel F. 2004. Elementos principales del suelo, geodinámica
y dinámica de los principales componentes del suelo. Publicaciones integrales la paz.
ISBN 99905-0450-4.Iglesias M. 2008. Estudio del carbono de la biomasa microbiana
en suelos alterados. Lazaroa 29:117-123.
INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía). 2010. [en línea] Consultado el
04/05/2012. http://www.inegi. Gob.mx).
62
8. Bibliografía
Jenkinson D., Brookes P y Powlson D. 2004. Measuring soil microbial biomass. Soil biology
& Biochemistry. 36: 5-7.
Jenkinson D y Powlson D. 1976. The effects of biocidal treatments on metabolism in soil V.
Soil Biology and Biochemistry.8:209-213.
Junta local de sanidad vegetal Distrito 089. 2011. Comunicación personal. José Ibañez
Ochoa.
Kallenbach C y Stuart A. 2011. Controls over soil microbial biomass responses to carbon
amendments in agricultural systems: A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and
environment. 144: 241-252.
Kalembasa S y Jenkinson D. 1973. A comparative study of titrimeric and gravimetric
methods for the determination of organic carbon in soil. Journal Science Food
Agriculture. 24: 1085-1090.
Kara Ö y Bolat L. 2008. The effect of different land uses on soil microbial biomass carbon
and nitrogen in bartin province. Turkish Journal of agriculture and Forestry. 32. 281288.
López L., Álvarez S. 2006. El ciclo del carbono: la mineralización y la descomposición de
residuos. Tesis: Licenciatura, En saneamiento y protección ambiental microbiología
ambiental. 66p.
Maldonado F., González F., Jiménez M. 2007. Las ilustraciones de los ciclos
biogeoquímicos del carbono y nitrógeno en los textos de secundaria. Eureka. 4(3):
442-460.
Moreno A. 2007. Origen importancia y la aplicación de vermicomposta para el desarrollo de
especies de hortícolas y ornamentales. Departamento de suelos, Universidad
autónoma Agraria Antonio Narro. Saltillo, Coahuila, México.
63
8. Bibliografía
Navarrete A., Vela G., López J., Rodríguez L. 2011. Naturaleza y utilidad de los indicadores
de calidad del suelo. Contactos. 80: 29-37.
Nannipieri P., Ascher J., Ceccherini M.T., Landi L., Pietramellara G. y Renella G. 2003.
Microbial diversity and soil functions. Microbial diversity and functions. 54. 655-670.
Otero T. 2010. Producción y evaluación de vermicomposta en hormigueros, sierra
Nanchititla, México. Universidad autónoma de México.
Ortiz I., Sanz J., Dorado M y Villar S. 2007. Técnicas de recuperación de suelos
contaminados. informe de vigilancia tecnológica. pág. 109.
Olsen S., Cole C., Watanabe F., Dean L. 1954. Estimation of available phosphorus in soils
by extraction with sodium bicarbonate. USDA Circ. 939. USDA, Washington, DC.
U.S.A.
Pedra F., Polo A., Ribeiro A., Domingues H. 2007. Effects of municipal solid waste compost
and sewage sludge mineralization of soil organic matter. Soil Biology & Biochemistry.
39: 1375-1382.
Ramírez E. 2004. Tesis: Procesos biológicos del carbono y nitrógeno en suelo salinoalcalino del ex-lago de Texcoco. Centro de investigación de estudios avanzados del
instituto politécnico nacional, unidad Zacatenco. Pág. 72.
Santos J., Nunes L., Melo W., Araújo A. 2011. Tannery sludge compost amendment rates
on soil microbial biomass of two different soils. European journal of soil Biology.
47:146-151.
SAGARPA (Secretaria de agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural pesca y alimentación).
2011.
[en
línea].
Consultado
07/05/2012.
http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/Documents/fichasCOUSSA/Abonos%20o
rganicos.pdf
64
8. Bibliografía
Sandoval M., Stolpe N., Zagal E., Mardones M., Junod J. 2003. El secuestro de carbono en
la agricultura y su importancia con el calentamiento global. Theoria. 12: 65-71.
SAS Institute A. 2002. Statistic Guide for personal computers. Version 9.00 , SAS Institute,
Cary.
Thomas G.1996. Soil pH and soil acidity. In: Sparks, D.L. (Ed.). Methods of Soil Analysis,
Part 3. Chemical Methods. Soil Science Society of America Inc. Society of Agronomy,
Inc. Madison.WI. pp. 475–490.
Terry, E., Leyva, A., Ruíz, J., & Diaz, M. 2007. Manejo de bioproductos para la producción
ecológica de tomate de cascara. Instituto Nacional de Ciencias agrícolas (INCA),
28(3): 23-27.
Uehara G., and Gillman G. 1982. The Chemistry, Mineralogy, and Physics of Tropical Soils
With Variable Charge Clays. Westview Press, Colorado. U.S.A.
Vásquez M., Govaerts., Dendooven L. 2007. Microbial C measurements in soil of the central
highlands of Mexico. Applied soil ecology. 35:432-440.
Vásquez M. 2005. Evaluación de métodos para cuantificar biomasa microbiana en suelos y
su posterior aplicación en el estudio de dinámicas de carbono y nitrógeno en suelos
de México. Centro de investigación y de estudios avanzados del IPN. Pág. 98.
Vázquez A. 1997. Guía para interpretar el análisis químico del agua y suelo. Departamento
de Suelos. Universidad Autónoma Chapingo, Chapingo, Texcoco, México. 31 p.
Vance D., Brookes C. and Jenkinson S. 1987. An extraction method for measuring soil
microbial C Soil. Biology & Biochemistry 19:159-164.
Velasco J y Tania S. 2003. El composteo: una alternativa tecnológica para la
biorremediación de suelos en México. Gaceta Ecológica. 66:41-53.
65
8. Bibliografía
Zhao M., Zhou J., Kalbitz K. 2008. Carbon mineralization and properties of water-extractable
organic carbón in soils of the south loess plateau in china. European Journal of
Biology. 44: 158-165.
66
9. Anexos
9. ANEXOS
-1
Tabla 7 Emisiones de CO2 en mg C Kg suelo
Día 3
Día 7
Día 14
Día 28
SITIO
Suelo
Suelo+VC
SG 90d
C 270b
MSDe(P<0.05)
Suelo
Suelo+VC
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
126c
180d
270c
270d
324c
270d
360c
306ª
450b
630ª
630b
720a
810b
990a
153
303
391
461
Medias con la misma letra (A, B, C, D) no son significativamente diferentes
MSD(P<0.05)
VC: Vermicomposta
+
-1
Tabla 8 Cuantificación de amonio (NH4 ) en mg N Kg suelo
Día 0
Día 3
Día 7
Día 14
Día 28
SITIO
Suelo
SG 1.86B
Suelo +VC
Suelo
2.26BA
1.57B 2.15BA
1.47B 2.06BA
1.41C
1.89BC
1.30C
1.77BC
2.50A 2.82A
2.44A 2.69A
2.31B
A
2.55A
2BA
2.36A
C 2.65B
2.93a
A
MSDe(P<0.0
2.24
5)
Suelo +VC
2.06
Suelo
Suelo +VC
1.96
Suelo
Suelo +VC
1.84
Suelo
Suelo +VC
1.69
67
9. Anexos
-
-1
Tabla 9 Cuantificación de Nitritos (NO2 ) en mg N Kg suelo
Día 0
Día 3
Día 7
Día 14
Día 28
SITIO
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
SG 0.29C
0.35C
0.37D
0.48C
0.43D
0.55C
0.48D
0.62C
0.62C
0.66C
C 0.49B
0.66A
0.66B
1.15A
0.98B
1.44A
1.48B
2.4A
1.8B
2.69A
MSDe(P<0.05)
0.38
0.54
-
0.67
0.90
1.04
Día 7
Día 14
Día 28
-1
Tabla 10 Cuantificación de Nitratos (NO3 ) en mg N Kg suelo
Día 0
Día 3
SITIO
Suelo
Suelo +VC
SG 1.13
2.93B
C
C 3.50A 6.9A
MSDe(P<0.0
5)
2.82
Suelo
Suelo +VC
Suelo
3.24
C
4.25
CB
5.16B
4.22
5.61C
C
7.66B 9.36A
7.85A
4.66
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
Suelo
Suelo +VC
5.42C
6.87B
7.09B
7.47B
8.79A
9.45A
9.74A
9.74A
5.81
6.88
7.89
Medias con la misma letra (A, B, C y D) no son significativamente diferentes P<0.05
68
9. Anexos
Curva de calibración para Nitrógeno reactivo ninhidrina (NRN)
Concentración Absorbancia
0.2
0.383
0.4
0.714
0.6
1.042
0.8
1.437
1
1.574
Figura 11 Curva de calibración para nitrógeno reactivo ninhidrina
Curva de calibración para nitratos
concentración Absorbancia
0
0
1
0.385
2.5
0.815
5
1.642
10
3.1
69
9. Anexos
Figura 12 Curva de calibración para nitratos
Curva de Calibracion para nitritos
Concentración Absorbancia
0
0
0.02
0.031
0.04
0.078
0.06
0.115
0.08
0.16
0.1
0.199
0.12
0.239
70
9. Anexos
Figura 13 Curva de Calibración para Nitritos
Curva de calibración para amonio
concentración Absorbancia
0
0
0.25
0.406
0.5
0.814
1
1.689
2.5
3.23
5
4.66
Figura 14 Curva de calibración para amonio
71