FRACCIONAMIENTO Y CUANTIFICACIÓN DE LA MATERIA ORGANICA EN ANDISOLES

FRACCIONAMIENTO Y CUANTIFICACIÓN DE LA MATERIA ORGANICA EN ANDISOLES
BAJO DIFERENTES SISTEMAS DE PRODUCCION
Fractionation and quantification of organic matter in Andisols under different production
systems
1Doctor
JUAN CARLOS MONTOYA S1; 2JUAN CARLOS MENJIVAR F.; 3ISABEL BRAVO R3
en Ciencias Agropecuarias; 2Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia,
Palmira; 3 Profesora Universidad del Cauca.
[email protected], [email protected]; [email protected].
RESUMEN
Con el objetivo de conocer el efecto del uso del suelo sobre la materia orgánica en andisoles, se
fraccionó y evaluó la composición de ésta en sus diferentes formas, en suelos con sistemas de
Bosque, Guadual, Café sin sombra, Café-Guamo y Pasto. Se tomaron muestras de suelo en un
Typic Melanudand localizado en el Cauca a 1740 msnm y un Typic Haplustand
en Sevilla,
Valle Del Cauca a 1660 msnm. Se caracterizaron los suelos mediante determinación de
propiedades físicas y químicas; las Sustancias Húmicas se obtuvieron con extracción
secuencial en soluciones de Tetraborato, Pirofosfato e Hidróxido de sodio, previa separación
granulométrica por tamizado en húmedo, luego se purificaron y caracterizaron los Ácidos
Húmicos y Fúlvicos por diferentes técnicas analíticas y espectroscópicas. Se encontraron
diferencias altamente significativas en las propiedades evaluadas por efecto del uso y tipo de
suelo. La mayor acidez se presentó en el T. Melanudand (pH<5,5). El T. Haplustand muestra
cambios bruscos en el pH pasando de ligeramente ácidos (6,2) a fuertemente ácidos (≤ 5,5) por
el cambio de uso del suelo. El T. Melanudand presentó mayores contenidos de Carbono
Orgánico; la Materia Orgánica humificada fue mayor que la Fresca en ambos suelos; los
rendimientos en extracción de las Sustancias Húmicas variaron con el uso del suelo, con
predominio de huminas sobre sustancias húmicas extraíbles. Las relaciones E4/E6 mostraron
diferencias por uso y tipo de suelo para Ácidos Húmicos y Ácidos Fúlvicos. Los índices de
Hidrofobicidad fueron superiores a 1,0 en Ácidos húmicos e inferiores a 1,0 en Ácidos Fúlvicos.
Se encuentran AH con mejor grado de condensación en el Typic Melanudan
Palabras claves: Materia orgánica, Ácidos Húmicos, Ácidos Fúlvicos, Fraccionamiento,
Andisoles.
1
Abstrac
In order to know the effect of soil use on organic matter in Andisols, fractionated and evaluated
the composition of this in various forms in Forest soils are systems, Guadual, sun coffee,
Coffee-Guamo and grass. Soil samples were taken in a Typic Melanudand located in the Cauca
to 1740 msnm and a Typic Haplustand in Sevilla, Valle Del Cauca to 1660 msnm. Soils were
characterized by determination of physical and chemical properties; humic substances were
obtained with sequential extraction solutions Tetraborate, Pyrophosphate and Sodium
hydroxide prior granulometric separation by wet sieving. Then purified and characterized
Humic and Fulvic Acids by different analytical techniques and spectroscopic. We found
significant differences in the properties evaluated by the effect of the use and soil type. The
higher acidity was presented at the T. Melanudand (pH <5.6). T. Haplustand shows abrupt
changes in going from slightly acidic pH (6.2) to highly acidic (≤ 5.5) by the change in land use.
T. Melanudand had higher organic carbon content. The humus was higher than fresh in both
soils, yields on extraction of humic substances varied with soil use and content of humic acids
was higher than that of fulvic acids. Relations showed differences E4/E6 use and soil type for
Humic and Fulvic acids. Hydrophobicity indices were higher than 1.0 in less than Humic and
Fulvic
acids
1.0.
AH
are
better
degree
of
condensation
in
the
Typic
Melanudan
Keywords: organic matter, humic acids, fulvic acids, fractionation, Andisols.
2
INTRODUCCION
La materia orgánica del suelo (MOS), comprende un amplio grupo de sustancias provenientes
de la descomposición de restos vegetales, animales y de microorganismos del suelo, que a
través de procesos de mineralización y biosíntesis van evolucionando a sustancias con distinto
grado
de
transformación,
donde
se
evidencian
estructuras
organizadas
reconocibles
denominadas sustancias no húmicas y materiales amorfos sin vestigios de la estructura
original, con grado alto de transformación, de color oscuro denominadas sustancias húmicas
(SH); estas se agrupan desde el punto de vista analítico en Ácidos Fúlvicos (AF), Ácidos
Húmicos (AH) y Huminas (H) (Fasbender y otros, 1987, Stevenson, 1994; Kang et. al.,2003
Jaramillo,D 2011)
La composición química de los restos vegetales aportados difieren de un cultivo a otro, haciendo
que los procesos de lisis y polimerización ocurridos en la humificación generen fracciones de
MOS disímiles entre cada sistema productivo; diferencias que han sido reportadas por
Bongiovanni y Lobartini (2006) y Slepetiene y Slepetys (2005), quienes demuestran que la
constitución del humus depende de los sistemas de cultivo, y que dicha composición varia con
la profundidad y tamaño de las partículas; adicionalmente indican que el tipo de cultivo y
manejo afectan la concentración de AH y AF en el suelo.
Las tasas de mineralización, en los suelos cultivados y fertilizados son mayores en comparación
a los suelos no cultivados o de bosque; cada sistema de producción y cada cultivo forma su
propio humus, es así, que cada material orgánico que es adicionado al suelo en forma natural o
artificial presentan grados diferentes de humificación, lo anterior indica que las SH se conocen
como Seudo-estructuras, no se restringen a una formula
y
peso molecular aproximado
(Mosquera y Bravo, 2006; Piccolo, 2001).
La MO de los suelos cultivados es más humificada que aquella de suelos con vegetación nativa
(Ayer et al., 1996 citado por Débora et al., 2002). El incremento en el grado de humificación de
la MOS es causada por los regímenes microclimáticos del suelo y la ruptura de los agregados
del suelo en sistemas de cultivo convencional (Débora et al., 2002). Bongiovanni y Lobartini
(2006) encontraron que las fracciones de CO en forma de carbohidratos se vio afectado por el
tipo de cultivo, con la subsiguiente pérdida del contenido de C en los micro-agregados del suelo.
Aunque se sabe que las SH son química y estructuralmente más estables que las sustancias no
húmicas, sus contenidos se vieron afectados bajo sistemas continuos de cultivo.
Se ha evidenciado que en suelos cultivados por largos periodos de tiempo, las cantidades de
humus decrecen y en consecuencia baja la productividad del suelo, en periodos de 20 años los
contenidos disminuyen hasta un 16%, y a los 40 años se presentan perdidas de hasta 10 ton
métricas de C, (33% del contenido inicial) por aplicación de fertilizantes químicos las perdidas
incrementan hasta de un 26% (Khlystovskiy y korneyenko, 1982).
3
El estudio de las sustancias que componen la MOS requiere de su separación de la fracción
mineral, para lo cual se han empleado diferentes métodos y extractantes; solo una pequeña
parte de las SH se encuentran en estado libre, la mayoría están unidas de distintas formas a la
parte mineral del suelo, por lo cual es necesario destruir esta unión para poder realizar una
cuantificación posterior y análisis de dichas sustancias (Morales, 1996; Schnitzer, 2000).
Barragán et al. (2001), Caracterizaron suelos de la amazonia colombiana, encontrando que las
extracciones sucesivas de MOS con Tetraborato de sodio, Pirofosfato de sodio y NaOH, fueron
más eficientes que cuando se utilizó solo NaOH; resultados similares con extracciones
sucesivas han sido reportados en muestras de suelos andisoles por Mosquera y Bravo (2006),
Zamudio et al (2006), Barragan et al (2001) y Barragán y Uribe (1999). Nierop et al (2005)
realizaron extracciones sucesivas con NaOH y Na 4P2O7 y de igual forma Zech et al (1997),
utilizaron extracciones secuenciales con NaOH y Na4P2O7 en suelos volcánicos, ya que la sola
extracción con NaOH no fue muy exitosa.
En Colombia pocos han sido los trabajos de fraccionamiento y estudio de la MOS, a nivel de los
suelos derivados de cenizas volcánicas, la técnica de separación de las SH se ha venido
calibrando en diferentes trabajos de investigación, donde se realizan extracciones secuenciales
de la MOS utilizando diferentes sustancias extractantes, tales como el Tetraborato de sodio,
Pirofosfato de sodio y por último Hidróxido de sodio (Mosquera, 2006; Zamudio et al, 2006ª2006b; Barragán y Uribe, 1999). El estudio de la Materia Orgánica de Andisoles es de suma
importancia por el papel que desempeña en sus propiedades físicas, químicas y biológicas y por
ende en el estado de fertilidad del suelo. El objetivo principal de este trabajo fue conocer el
efecto del uso del suelo sobre la materia orgánica de andisoles, para ello se fraccionó y
cuantificó las diferentes formas de MOS presente en sistemas de Bosque, Guadual, Café sin
sombra, Café-Guamo y Pasto en un Typic Melanudan y un Typic Haplustand.
MATERIALES Y METODOS
Localización de la investigación. La investigación se realizó en los laboratorios de la
Universidad Nacional de Colombia, y de la Universidad del Cauca, en dos suelos andisoles, un
Typic Melanudand localizado entre las coordenadas Latitud 2° 37´32 latitud N, Longitud 76°
34´03 O del municipio de Cajibío, Departamento del Cauca, Colombia; a 1740 msnm, con una
precipitación promedio anual de 1500 mm y temperatura media de 19ºC, y un Typic
Haplustand, localizado en las coordenadas Latitud 4° 16´0 N, Longitud 77° 55´0 O en el
Municipio de Sevilla Valle del Cauca, a 1660 msnm; con una precipitación promedio anual de
1650 mm y temperatura media de 21ºC, ambos sitios de acuerdo a la clasificación Holdrigde
pertenecen al Bosque Húmedo Premontano Bh-Pm
4
Sistemas estudiados, muestreo y caracterización de suelos
En ambos suelos existen sistemas de Bosque, Guadual (Guadua Angustifolia K.), Café sin
sombra (C. Arabiga Var. Caturra), Café (Var. Caturra) con sombra de Guamo (Inga sp.), Café
(Var. Caturra) con sombra de Nogal (Cordia alliodora, Valle) y pasto Brachiaria (Cauca). Las
unidades de muestreo fueron seleccionadas de acuerdo a Pearson (2005) y se tomaron
muestras compuestas de 0-10 cm de profundidad, las cuales se secaron y tamizaron por malla
No.10 para determinar las propiedades Físicas y Químicas de acuerdo a la Norma Técnica
Colombiana NTC ISO/IEC 17025:2005 siguiendo la metodología descrita por el IGAC (2006):
Humedad Higroscópica en (%) y por Malagón & Montenegro, (1990),
contenido de arcillas por
el método de la pipeta previa destrucción de la MOS, Densidad aparente (g.cm-3) por el Método
cilindro (Forsythe, 1980); se clasificaron las arenas por tamaño. Entre las propiedades químicas
evaluadas se encuentra el pH por el método Potenciómetro, Capacidad de Intercambio
Catiónico y bases intercambiables en Cmol.kg-1 por NH4OAc 1M pH 7,
determinadas por
Espectrofotometría de absorción atómica (McKean, 1993), Carbono orgánico en (%) mediante
Walkley and Black. Todas las determinaciones se realizaron por cuadruplicado en muestras
independientes.
Extracción de las Sustancias Húmicas: Para la extracción de las SH del suelo se modificaron
los protocolos descritos por Mosquera (2006 y 2007) y Solarte (2006). Inicialmente se separó la
Materia Orgánica Humificada (MOH) de la Materia Orgánica Libre (MO), preparando una
suspensión suelo agua en relación 1:6, la cual se sometió a proceso de agitación en un Test
de jarras a 180±3 rpm durante 6 horas. Luego esta suspensión se tamizó en húmedo con agua
destilada, a través de 106 y 53 µm y en un tamizador vertical Restch a 60 Mhz de potencia. La
suspensión obtenida corresponde a la MO Humificada (MOH) y se sometió a evaporación en
baño María a 50±3ºC.
La MOH de cada sistema se sometió a una extracción secuencial con soluciones de Tetraborato
(Na2B4O7), Pirofosfato (Na4P2O7) e Hidróxido de sodio (NaOH) 0,1N, con agitación en equipo de
Test de Jarras a 180±4 rpm (2 horas) y posterior centrifugación a 10.508g. por 15 minutos
para separar las huminas (fracción insoluble) de la fracción soluble de Ácidos Húmicos (AH) y
Ácidos Fúlvicos (AF). En esta fracción se encuentran además las arcillas que son separadas
mediante floculación con sulfato de Sodio al 1%. Posteriormente se separan los AH de los AF
llevando el pH de la solución a 2,0. Los AH se purificaron con redisoluciones sucesivas en
NaOH 0.5N y precipitación con HCl,
consecutivamente se tratan con
HCl-HF al 1% y
centrifugación a 10.508 x g. con posterior redisolución en NaOH 0.1N y diálisis en membranas
de celulosa de 12000 daltons. Los AF se purificaron utilizando resinas de adsorción Amberlita
XAD-16 de Intercambio Iónico Rexyn 101-H y diálisis a través de membranas de celulosa de
3000da, con posterior lofilización. Finalmente se evaluaron estos componentes de las
5
sustancias húmicas mediante las relaciones E4/E6 y los índices de Hidrofobicidad HB/HI de
acuerdo a
Piccolo et al (2004), que relacionan la concentración de grupos Hidrofóbicos
(Formula 1) e Hidrofílicos (Formula 2) en el área bajo la curva del espectro de
13C-NMR
de la
siguiente manera: HB=⌈(0-50)+(110-160)⌉ Formula 1, HI=⌈(50-100)+(160-200)⌉ Formula 2
Análisis estadístico de la información. Los resultados fueron analizados mediante un diseño
completo al azar con 10 tratamientos y cuatro repeticiones, los tratamientos surgen de la
combinación de cinco sistemas de cultivo por dos tipos de suelos, a los que se les realizo
análisis de varianza, prueba de comparación de medias, regresiones, correlaciones simples y
múltiples.
RESULTADOS Y DISCUSION
Existen diferencias altamente significativas entre contenido de Arenas y Limos, en los dos tipos
de suelos, siendo mayor la fracción limo (58,74%) y menor el contenido de Arena (26,08%), con
fracciones de tamaño muy finas (≤0,25) y finas (0,5-0,25mm) comprendiendo el 81,57% del
total y con textura Franco-Limosa en el Typic Melanudand; frente a un 47,52% (limo) y 37,58%
(arena), cuya distribución fue mayor a 68,38% en la fracción de arenas muy finas (≤0,25) y
24,29% finas, con textura Franca en el Typic Haplustand (Tabla 1).
TABLA 1. Densidad Aparente y Distribución porcentual de las partículas en dos andisoles.
Typic Melanudand (Cauca)
BOSQUE
GUADUAL
CAFÉ SOL
CAFÉ GUAMO
PASTO
Ỹ GENERAL
Da (g.cm-3)
0,637
0,691
0,677
0,654
0,784
0,689 b
% Arena
32,35
33,88
19,84
22,24
20,34
26.08 b
% Limo
52,94
44,91
59,98
65,90
65,56
58.74 b
% Arcila
14,72
21,21
20,18
11,86
14,10
15,18 a
Typic Hapludand (Valle del Cauca)
BOSQUE
GUADUAL
CAFÉ SOL
CAFÉ GUAMO
CAFÉ NOGAL
Ỹ GENERAL
Da (g. cm-3)
0,749
0,716
0,883
0,742
0,833
0.787 a
% Arena
39,59
39,59
29,85
46,01
33,98
37.58 a
% Limo
38,13
44,25
51,65
44,00
48,07
47.52 a
% Arcila
22,29
16,16
18,50
9,99
17,96
14.90 a
Esta diferencia en distribución granulométrica conjuntamente con los contenido de CO inciden
lógicamente en la densidad aparente, existiendo diferencias altamente significativas con valores
de 0,69 en el Typic Melanudand y el 0,78 g.cm-3 en Typic Haplustand , mostrando la fuerte
influencia de la MO en dicha disminución, corroborada por coeficiente de correlación de
6
Pearson (-0.903 y p =0.000). La textura y Da influyen en todas las propiedades del suelo,
especialmente en la retención de agua y aire necesarios para la mineralización y biosíntesis de
la MO, actividades que tendrán mejor desempeño en el Typic Melanudand, infiriendo en los
composición de ella como se demuestra más adelante.
Los suelos de Typic Melanudand presentan valores de pH en el rango 5.0-5.5 catalogada como
acidez fuerte de acuerdo a (SCCS 2000), valores de pH inferiores a los de Typic Haplustand
cuyos suelos presentan mayor variación de acuerdo al tipo de cultivo, encontrado una acidez
muy fuerte en Café bajo sombra de Guamo y Nogal hasta acidez suave en bosque denotándose
en este último el efecto del cambio de uso de suelo (Tabla 2).
TABLA 2. Valores de pH y CIC por sistema de uso en los suelos estudiados.
Typic Melanudand
Typic Haplustand
Bosque
5,05
CIC
Cmol.Kg-1
50,31
Guadual
5,13
39,06
Guadual
5,78
Café al sol
5,53
44,58
Café al sol
Café – Guamo
5,04
44,82
Café-Guamo
Sistema de uso
Pasto
pH
5,18
32,62
Sistema de uso
Bosque
6,19
CIC
Cmol.Kg-1
37,26
Café-Nogal
pH
Significancia
Entre suelos
pH
CIC
**
**
35,48
**
*
5,51
36,56
n.s
**
4,89
40,10
*
*
40,89
*
**
4,96
La CIC es superior en el T. Melanudand con variaciones según el uso del suelo, mientras que
el comportamiento en el T. Haplustand no se vio afectado por el cambio de uso del suelo, en
ambos casos se clasifica como muy elevada de acuerdo a SCCS (2000) y se atribuye
principalmente
a la MOS demostrando una relación directa en la correlación de Pearson
(0.583, p=0.023).
Fraccionamiento de la MOS.
Análisis de Carbono Orgánico: el análisis de varianza muestra diferencia altamente
significativa entre valores de CO, siendo significativamente superior en Typic Melanudand
(p=0.001); El contenido en Café sin sombra, guadual y bosque no difiere significativamente
(p=0,457) pero es significativamente superior al de pasto, guamo y nogal. En el café sin sombra
de ambos tipos de suelo se aplican abonos orgánicos y esto hace que iguale al de bosque y
guadual que no son intervenidos antropogénicamente. El efecto de cambio a pasto si es
marcado por la pérdida de MO (Figura 1).
7
12
11,08
10,08
10
%CO
8
6,78
6
5,91
6,06
PASTO
BOSQUE
5,22
4
2
0
BOSQUE
CAFÉ-SOL
Typic Melanudand
CAFÉ-SOL
CAFÉ-NOGAL
Typic Haplustand
FIGURA 1. Porcentaje de CO en dos suelos derivados de cenizas volcánicas.
Análisis de Materia Orgánica Humificada (MOH). En ambos tipos de suelos el principal
componente es la Materia Orgánica Humificada (MOH), similares resultados
para Andisoles
reporta (Fassbender, 1987; Andreux, 2005; Zamboni et al., 2006; Bravo et al., 2007, Hiradate et
al, 2004.), seguido por la Materia Orgánica No Humificada gruesa (MONH-g) y los contenidos
más bajos se obtuvieron en la MONH-fina. La MOH fue superior en el Typic Melanudand con
una participación porcentual superior al 70% en todos los sistemas. (Figura 2), sin diferencias
%
significativas entre los usos en este tipo de suelo, mas si con respecto al Typic Haplustand
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
a
a
a
BOSQUE
CAFÉ-SOL
b
PASTO
BOSQUE
Typic Melanudand
MOH
b
b
CAFÉ-SOL CAFÉ-NOGAL
Typic Haplustand
53µm
106µm
Figura 2. Distribución porcentual de partículas de MOH y MONH gruesa y fina. (Tukey 5 %).
Estos altos contenidos de la MOH, en el Typic Melanudand, indican predominio de materiales
orgánicos con alto grado de transformación y mayor estabilidad, producto de una alta actividad
8
bioquímica proveniente de la biodiversidad en microrganismos, atribuible a condiciones
adecuadas de humedad, aireación y reacción química. En tanto que en el Typic Haplustand
alrededor del 40% de la MOS se encuentra sin iniciar su proceso de humificación, lo que podría
implicar que la mayoría de esta materia orgánica entraría a formar parte estable del suelo,
incrementando el contenido de la misma a través del perfil, como es mencionado por Clapp y
Hayes (2006) para suelos colombianos.
CARBONO ORGANICO DE LAS FRACCIONES DE MOS
el análisis de varianza mostró
diferencias altamente significativas en el CO de la MOH, MONH gruesa y MONH-fina en ambos
suelos y entre los sistemas de uso; los valores de CO en las fracciones MONH-gruesa, MONHfina y MOH en ambos suelos son mostrados en la tabla 3, se observa que los más altos
contenidos de CO están asociados a la MOH, formando parte del material altamente
transformado, siendo el Typic Melanudand quien presenta el nivel más alto de CO en la fracción
MOH y MONH-gruesa.
TABLA 3. Porcentaje de Carbono Orgánico en las fracciones de la materia orgánica Humificada
y No Humificada en dos Andisoles (Tukey 5% ).
Fracción CO
% Carbono Orgánico
Typic Melanudand
Typic Haplustand
MOH
10,64 a
7,68 a
MONH-fina
3,70 c
4,39 b
MONH-gruesa
5,53 b
3,49 b
Estos valores sugieren que hay alta acumulación de CO en las SH y que las depositaciones de
hojarasca y residuos realizadas por los cultivos hacen un aporte importante a estos altos
niveles, efecto que también es descrito por Slepetiene y Slepetys (2005) y Pallo (1993) en otros
sistemas de cultivo forestales y semestrales en rotación; de igual forma la distribución del CO
en sus fracciones Humificadas y No-Humificadas indica que en ambos suelos se presentaría
Humus tipo Mull, definido por Olk (2006) como el material caracterizado por una rápida
humificación y formación de complejos órgano-minerales con las arcillas.
Análisis de Acido Humicos (AH) y Acido Fulvicos (AF). Los AH y AF de Typic Melanudand
tienen mayor
afinidad con
enlaces coordinados, específicamente uniones con arcillas por
grupos hidróxidos y óxidos metálicos formando complejos inmóviles y más estables, evitando
remoción o degradación de las sustancias húmicas, mientras en el Typic Haplustand se
presenta mayor cantidad de enlaces electrostáticos fáciles de romper por intercambio iónico,
formando sustancias móviles que se pueden perder por lavado o desplazamiento a través del
9
perfil, Barragán y Uribe (1999) al igual que Mosquera et al (2010) indican que las sustancias
húmicas de bajo peso molecular, con bajos grados de condensación se encuentran débilmente
unidad a la fracción mineral y son las extraídas mediante Tetraborato de sodio (Tabla 4).
TABLA 4 Porcentaje de rendimiento en AF y AH extraídos con soluciones alcalinas (0,1N) de
forma secuencial. (Tukey 5%).
% RELATIVO DE C EXTRAIDO COMO SH
(MEZCLA DE AH y AF)
SUELOS
Typic Melanudand
Typic Haplustand
Sistemas de uso
Na2B4O7
Na4P2O7
NaOH
BOSQUE
CAFÉ-SOL
PASTO
BOSQUE
CAFÉ-SOL
CAFÉ-NOGAL
30,00 a
27,78 a
15,38 b
20,00 b
38,46 a
33,33 ab
40,00 a
38,89 a
46,15 a
40,00 a
30,77 b
33,33 ab
30,00 b
33,33 ab
38,46 a
40,00 b
30,77 a
33,33 ab
Dentro de las SH sin purificar, predomina la fracción de AF en ambos suelos, siendo superior
en Bosque y Café-Nogal. Los sistemas de Café-Sol de ambos suelos y Pasto presentaron los
menores valores de SH extraídas y se relaciona con los altos contenidos en Humina obtenidos
en la primera fase del fraccionamiento (Tabla 5).
TABLA 5. Contenido de Ácidos Húmicos y Ácidos Fúlvicos sin purificar obtenidos de la MOH de
dos suelos y tres sistemas de uso (Tukey 5%).
SUELO
Typic
Melanundand
Typic
Haplustand
Sistema de uso
Bosque
Café al sol
Pasto
Bosque
Café al sol
Café-Nogal
SH extraíbles
sin Purificar
30,20
30,00
30,23
30,00
30,00
30,00
En general los AH correspondieron al
SH Solución
11,96 a
5,99 b
1,99 c
8,76 a
3,70 b
9,07 a
AH Recuperado
1,21 b
1,75 a
1,52 ab
1,03 b
1,25 b
1,64 a
AF Solución
10,75 a
4,24 b
0,47 c
7,74 a
2,45 b
7,43 a
6,67% de las SH. El análisis de varianza mostró
diferencias altamente significativas (<0,001) en el CO determinado en las fracciones sin
purificar de AH y AF entre ambos suelos y dentro de los mismos.
Las relaciones E4/E6 y el índice de complejidad estructural Delta-K son mostrados en la tabla
6. Se ha definido que valores superiores a 5 son propios de AF y los menores característicos de
AH (Schinitzer, 1967). De Acuerdo a Hiradate et al (2004, 2006), altos valores en la relación
reflejan bajo grado de condensación aromática con predominio de estructuras alifáticas. Esto
10
indica que entre más compleja es la molécula habrá mayor contenido de C en las estructuras
altamente conjugadas y el valor de E4/E6 será menor (Chen et al, 1977).
TABLA 6. Propiedades ópticas E4/E6 e índice de condensación para Ácidos Húmicos y Ácidos
Fúlvicos extraídos de dos suelos.
ÁCIDOS HÚMICOS
Typic Melanudand
Sistema
de uso
Bosque
Café al Sol
Pasto
Café-Nogal
Typic Haplustand
E4/E6
DELTA K. Log (E4/E6)
E4/E6
DELTA K. Log (E4/E6)
4,12
4,43
4,48
-
0,62
0,65
0,65
-
6,91
5,98
5,23
0,84
0,78
0,72
ÁCIDOS FULVICOS
Typic Melanudand
Bosque
Café-Sol
Pasto
Café-Nogal
Typic Haplustand
E4/E6
DELTA K Log (E4/E6)
E4/E6
DELTA K.Log (E4/E6)
12,42
9,68
10,86
-
1,09
0,99
1,04
-
3,66
11,43
10,94
0,56
1,06
1,04
Las relaciones E4/E6 de los AH en el Typic Melanudand fueron inferiores a 5, encontrándose
dentro del rango para este tipo de sustancias, reflejando una alta conformación estructural;
Bosque presentó el menor, indicando mayor humificación en este sistema, Café-Sol mostró un
valor superior y Pasto con el mayor valor, que sugiere menor cantidad de estructuras complejas
formando los AH en este sistema. Nuevamente se refleja la mejor actividad bioquímica
efectuada por células microbiales, producto de condiciones físicas y químicas más adecuadas
para la actividad enzimática, teniendo gran influencia el régimen de humedad údico. Aguilera
et al (1997) en Andisoles chilenos reportó relaciones E4/E6 en AH inferiores a 5,5, mientras
que en los AF estas relaciones fueron en su mayoría superiores a 8,0, valores que concuerdan
con los encontrados en el Typic Melanudand. Esta relación fue superior en los AH del Typic
Haplustand mostrando menor grado de condensación producto de menor actividad bioquímica
debido a condiciones menos adecuadas de humedad durante el año por su régimen Ústico
Los valores E4/E6 fueron superiores a los reportados por Avellaneda et al (2005) que encontró
valores inferiores a 4 para los AH de un Typic Melanudand y superiores a los reportados por
Zamboni et al (2006) en un molisol, con valores inferiores a 6,2 en AF y menores a 4,5 para AH.
De acuerdo a Zamboni et al (2006) los valores de la relación E4/E6 de los AH indicarían altos
pesos moleculares, mayor condensación y altos contenidos de C, mientras que los altos valores
11
de los AF indicarían bajos pesos moleculares, altos contenidos de oxígeno, menor contenido de
C y baja aromaticidad como lo describen Agnelli et al (2000), Aoyama (2002) e Hiradate (2007).
Respecto a la Hidrofobicidad (HB/HI) de las Sustancias Húmicas, los AH de ambos suelos
mostraron mayor contenido de grupos Hidrofóbicos que
Hidrofílicos, siendo superior el
contenido en el Typic Melanudand. En ambos suelos el contenido de grupos Hidrofóbicos fue
mayor en Bosque, indicando la predominancia de grupos alkil y aromáticos, que disminuyeron
por el cambio en el uso del suelo, mientras que el carácter Hidrofílico se comportó de manera
contraria. Los valores estimados son mostrados en la tabla 7. Resultados que confirman lo
descrito Spaccini et al (2006), Conte et al (2006) en andisoles italianos, donde altos valores de
esta relación indican alta hidrofobicidad de las moléculas.
TABLA 7. Contenido de C Hidrofílico (HI), C Hidrofóbico (HB) e índices de Hidrofobicidad de AH
y AF de dos suelos con tres sistemas de uso obtenidos mediante NMR en estado sólido (AH) y
estado líquido (AF).
SISTEMA DE USO
ÁCIDOS HUMICOS
ÁCIDOS FULVICOS
Typic
Melanudand
Typic
Haplustand
Bosque
Café al Sol
Pasto
Bosque
Café al sol
Café –Nogal
HI
HB
HB/HI
HI
HB
HB/HI
31,06
33,39
35,58
34,42
49,53
37,11
68,94
66,61
64,42
65,58
50,47
62,89
2,22
2,00
1,81
1,91
1,02
1,69
52,08
57,21
54,70
56,18
50,49
50,85
47,92
42,79
45,30
43,82
49,51
49,15
0,92
0,75
0,83
0,78
0,98
0,97
El índice de Hidrofobicidad (HB/HI) de los AH fue superior a 1,0 en ambos suelos, este valor es
clasificado como alto según los reportes de Piccolo et al (2006), siendo más Hidrofóbicas las
moléculas de AH del Typic Melanudand, con mayor grado de estabilidad de estas moléculas al
efecto del agua o de actividades antrópicas, mayor madurez mejor actividad biosintética
En los AF se presentó mayor contenido de grupos Hidrofílicos, aunque los contendidos de
ambas fracciones fueron similares, lo que se reflejó en los bajos índices de Hidrofobicidad. Los
Índices de Hidrofobicidad encontrados son superiores a los reportados por Piccolo et al (1999,
2004, 2006) y Spaccini et al (2006) en suelos de Bosque de Andisoles de Italia y África, aunque
se confirma que es superior la Hidrofobicidad de los AH que los AF. Estos resultados ratifican
que los procesos de formación de las sustancias húmicas son dependientes de las condiciones
ambientales, del material parental y del material orgánico que da origen a estas sustancias
húmicas, corroborando lo descrito por Egli et al (2007) quienes concluyeron que las
concentraciones de AF y AH son dependientes del tipo de cultivo o vegetación.
12
CONCLUSIONES
En ambos tipos de suelos el principal componente de la Materia orgánica es la MOH, siendo
superior en el Typic Melanudand en todos los sistemas, con predominio de materiales orgánicos
con alto grado de transformación y
mayor estabilidad, mostrando la influencia del régimen
hídrico.
Los AH y AF de Typic Melanudand tienen mayor afinidad con enlaces coordinados, formando
complejos inmóviles y
Haplustand
estables, evitando su remoción o degradación, mientras el Typic
presenta mayor cantidad de enlaces electrostáticos fáciles de romper por
intercambio iónico, formando sustancias móviles
que pueden
perderse por lavado o
desplazamiento a través del perfil.
Las relaciones E4/E6 de los AH en el Typic Melanudand reflejan una alta conformación
estructural, mientras que en el Typic Haplustand muestran menor grado de condensación. El
índice de Hidrofobicidad (HB/HI) de los AH fue superior a 1.0 en ambos suelos, siendo más
Hidrofóbicas las moléculas de AH del Typic Melanudand, con mayor grado de madurez y
estabilidad al efecto del agua o de actividades antrópicas.
El cambio en el uso
afecta la calidad de materia orgánica en ambos tipos de suelos,
presentando mayor estructuración los AH de suelos de bosque y disminución del grado de
condensación en AH de suelos de café sin sombra y mucho menor los AH de suelos de pasto
Agradecimientos:
Agradecemos la colaboración del grupo de investigación de Agroquímica de la Universidad del
Cauca, Universidad Nacional de Colombia, al Grupo de Investigación en suelos y aguas con
énfasis en degradación de suelos y al profesor Alessandro Piccolo de la Universidad Federico II
de Nápoles por el apoyo técnico y científico para el desarrollo de la investigación
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