En las últimas décadas la agricultura orgánica ha adquirido importancia debido a

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1 INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EXTRACCIÓN SECUENCIAL Y CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE SUSTANCIAS HÚMICAS Y SU EFECTO SOBRE EL CRECIMIENTO DEL TRIGO REGISTRO ASIGNADO POR LA SIP Resumen El compostaje de los residuos sólidos orgánicos es un caso particular del fenómeno de humificación, proceso natural microbiológico mediante el cual la materia orgánica se transforma en humus rico en Sustancias Húmicas (SH). La extracción, aislamiento y purificación de los componentes húmicos en general, se lleva a cabo sobre la base de su solubilidad en soluciones acuosas a phs diferentes. Actualmente se extraen con soluciones de NaOH y Na 4 P 2 O 7 ; sin embargo, las extracciones secuenciales mediante el empleo de diferentes soluciones resultan en mejores rendimientos. Las propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas de estas macromoléculas orgánicas son: color, composición química, contenido de grupos funcionales reactivos, estructura, aromaticidad, alifaticidad, contenido de ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) y huminas (Hm), ph, delta-ph, Punto de Carga Cero (PCC), Potencial Eléctrico Superficial, Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC), relaciones C/N y E 4 /E 6, entre otras. Se pretende analizar estas propiedades y características de las sustancias húmicas, ya que influyen sobre el comportamiento animal y el crecimiento y desarrollo de los cultivos. En este proyecto se plantea inicialmente trabajar con el cultivo de trigo puesto que es de especial interés conocer su respuesta a diferentes tratamientos a base de sustancias húmicas inoculadas en la semilla o asperjadas foliarmente, por ser de importancia económica no solo en la región sino a nivel nacional. INTRODUCCIÓN En las últimas décadas la agricultura orgánica ha adquirido importancia debido a que los países importadores de los productos agrícolas mexicanos exigen que éstos estén libres de sustancias contaminantes y microorganismos patógenos para el hombre. Una alternativa al uso de fertilizantes químicos sintéticos es la aplicación de abonos orgánicos producidos a través del compostaje de los residuos sólidos orgánicos, que son una fuente de energía para los microorganismos del suelo, y cuando se someten a un proceso humificativo, generan sustancias húmicas que mejoran la estructura del suelo y su nivel de fertilidad (Zaman et al., 2002; Swift, 2001; Alloush et al. 2000; Chen y Inbar, citados por Genevini et al. 2002a).

2 Un compost es un material orgánico, estabilizado y humificado, que ha pasado por un proceso de transformación microbiológica donde han intervenido diversas especies de hongos y bacterias (Adani et al. 1997; Morten et al. 2001; Riahi, 2001), las cuales, al degradar las moléculas hidrocarbonadas, dan lugar a la formación de componentes humificados supramoleculares constituidos por asociaciones de moléculas húmicas que tienen grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, cuyas interacciones con las arcillas del suelo modifican sus condiciones físicas (Piccolo, 2002), al formar microagregados limosos (Clapp and Hayes, 1999); con lo que mejoran la aireación, incrementan la capacidad de retención de agua, y retienen parte del C en la biomasa del suelo (Lal, 2002; Piccolo 2002). Lee et al. (2002), analizaron los trabajos de varios autores, señalaron que la relación C/N < 12 del compost, indica que llegó a su madurez.; cuando un compost tiene una relación C/N = ½ de la relación C/N del material original, es un indicador de que llegó a su madurez. Genevini et al. (2002), sobre la base de hallazgos recientes relacionados con la existencia de ácidos parahúmicos y sus núcleos, sugieren que los composts frescos potencialmente contienen la misma cantidad de materia orgánica humificada que los maduros y, por tanto, tienen el mismo valor agronómico; consideran que un mes de compostaje es suficiente para desintegrar la materia orgánica fácilmente degradable, aunque los materiales semicomposteados son desfavorables porque generan compuestos fitotóxicos y fijan N (Lee et al., 2002,. Inbar. et al. citados por Genevini et al. (2002a). Debido a su contenido de sustancias húmicas, los composts liberan algunos elementos esenciales para las plantas (N, P y S); tienen alta capacidad de intercambio catiónico, interactúan con elementos metálicos, y tienen algunos

3 efectos específicos sobre las plantas, al estimular su metabolismo (Senesi y Loffredo, 1999; Benediti et al., 1994). Los ácidos húmicos incrementan la movilidad del fósforo y estimulan la síntesis de aminoácidos; existe controversia, pues al parecer, cuando se aplican los ácidos húmicos al suelo, se inhibe la actividad de la enzima glutamato deshidrogenasa (Biondi et al. 1994). Abou-Hadid et al. (2001), estudiaron el efecto de composts sobre el contenido de macronutrimentos y productividad de pepino; encontraron que sus tallos aumentaron el nivel de N y K; y el del P se incrementó hasta dos años después de la aplicación. Zachariakis et al. (2001), estudiaron los efectos de las sustancias húmicas sobre el crecimiento de las plantas y la acumulación nutrimental en raíces de vid; encontraron que las sustancias húmicas favorecieron el crecimiento de las plantas comparadas con las plantas no tratadas. La presencia de sustancias húmicas alteró el contenido nutrimental de hojas y raíces; los niveles de P y K en hojas y raíces se incrementó significativamente en la línea 41B comparado con las plantas no tratadas, pero no hubo cambios en la línea R110. El contenido de Fe y Mn se incrementó en las raíces de ambas líneas; el contenido de Mn y Zn se incrementó en las hojas de ambas líneas. Objetivos 1. Conocer las características químicas y fisicoquímicas de las sustancias húmicas obtenidas de composts de calidades distintas mediante una extracción secuencial con soluciones diferentes 2. Evaluar el comportamiento del cultivo de trigo al inocular sus semillas con sustancias húmicas con buenas características fisicoquímicas MATERIALES Y MÉTODOS

4 Para llevar a cabo el presente trabajo de investigación se emplearon los composts derivados de: paja de trigo, rastrojo de maíz, basura doméstica y estiércol de bovino. El proceso de compostaje consistió inicialmente en enfriamientos por medio de humedecimientos y aireaciones semanales de los materiales utilizados. Este manejo necesario para la humificación se realizó durante 6 meses, al final de los cuales se obtuvo un material con características excelentes para la aplicación como abonos orgánicos en la producción de cultivos. Una vez preparados los composts, se procedió a tomar muestras representativas de cada uno para posteriormente caracterizarlos tanto química como fisicoquímicamente. Cada una de las muestras se secó, a continuación se molió y tamizó por una malla de 1mm. Posteriormente, se les determinó: ph en una suspensión suelo/agua ph en una suspensión potásica suelo/kcl 1N ph = ph H2O ph KCl Contenido de ácidos húmicos por el método propuesto por Kononova (1966) Contenido de ácidos fúlvicos por diferencia Relación de densidades ópticas (E 4 /E 6 ) Una vez caracterizados los materiales, se procedió a establecer el experimento de invernadero en el cual se aplicaron los tratamientos 0, 100, 200, 400 y 800 ppm de ácidos húmicos a los contenedores con el sustrato (suelo); a continuación se sembró la semilla de trigo; para asegurar la germinación se regó a capacidad de campo al inicio; posteriormente, cada tercer día. RESULTADOS En el cuadro 1 se encuentran los datos referentes a ph s en suspensión acuosa y en suspensión de KCl, así como sus respectivos ΔpH s Cuadro 1. ph EN AGUA Y EN KCl de los ácidos húmicos de los materiales estudiados ORIGEN DE LOS ÁCIDOS HÚMICOS ph EN AGUA ph EN CLORURO DE POTASIO ΔpH Rastrojo de maíz (R) Paja de Trigo (T) Restos de Fruta (B)

5 Estiércol de bovino (E) El ph medido en agua indica la concentración de H + de la solución, en tanto que medido en KCl indica la concentración de H + de la solución más la de las sustancias húmicas; su diferencia es igual al ph, que es una expresión fisicoquímica indicativa del tipo de carga que lleva el coloide húmico en el compost; en este caso se puede observar que la carga es negativa (Cuadro 3), lo cual hace sugerir que los diferentes materiales composteados tienen una alta capacidad de intercambio catiónico, que se traduce en composts de excelente calidad. El ph manifestó su mayor intensidad en los ácidos húmicos generados del rastrojo de maíz, indicando que estos coloides contienen una gran cantidad de cargas negativas, lo que hace sugerir que su capacidad de intercambio catiónico es alta, traduciéndose en materiales que tienen una gran influencia sobre la estructura del suelo. Una de las características de mayor trascendencia de los ácidos húmicos es el índice E 4 /E 6 que es la relación de absorbancias 465 nm/665 nm es un parámetro importante, pues indica una relación inversa entre el grado de humificación y el de condensación de sus anillos alifáticos y aromáticos. El comportamiento de la relación E 4 /E 6 de los ácidos húmicos de los composts, siguió una tendencia descendente conforme se avanzó del rastrojo de maíz hasta el estiércol (Cuadro 2). Cuadro 2. Relación de densidades E 4 /E 6 ópticas de los ácidos húmicos derivados de los materiales estudiados.

6 ORIGEN DE LOS ÁCIDOS E 4 E 6 E 4 /E 6 HÚMICOS RASTROJO (R) RESTOS DE FRUTA (B) PAJA DE TRIGO (T) ESTIERCOL (E) Los ácidos húmicos generados por la paja de trigo y el estiércol de bovino, a los 6 meses de humificación tienen una alta proporción de moléculas aromáticas de alto tamaño y peso molecular, pues de acuerdo a Kononova et al. (1966), la absorción de la luz de los ácidos húmicos depende directamente del grado de condensación de sus anillos aromáticos, y una baja relación E 4 /E 6 indica alto grado de condensación de constituyentes húmicos aromáticos; inversamente, alta relación E 4 /E 6 indica bajo grado de condensación aromática; y según Chen et al. (1977), una relación E 4 /E 6 baja está asociada con tamaños moleculares, pesos moleculares y contenidos de carbono (C) altos, pero con contenidos de oxígeno (O), grupos carboxílicos y acidez total bajos. En el cuadro 3 se muestran los datos referentes a contenido de cenizas de sustancias húmicas de los materiales estudiados. Cuadro 3. Contenido de cenizas y sustancias húmicas en los composts de los materiales estudiados. MUESTRA CENIZAS AH AF RASTROJO (R) 65.22% 20.61% 14.17% ESTIERCOL (E) 71.71% 15.79% 12.5% RESTOS DE 47.33% 23.65% % FRUTA (B) PAJA DE TRIGO (T) 54.21% 15.05% %

7 Secuencia seguida para la extracción de los ácidos húmicos Foto 1. Materiales en reposo después de la agitación con la solución extractante (el líquido sobrenadante contiene las sustancias húmicas) Foto 2. Ácidos húmicos extractados con pirofosfato de sodio

8 Foto 3. Ácidos húmicos extractados con los materiales: De derecha a izquierda Compost de rastrojo de maíz Compost de paja de trigo Compost de estiércol Compost de basura Foto 4. Proceso de liofilización de los ácidos húmicos De diferente origen

9 Los resultados de invernadero indicaron que no hay respuesta de la aplicación de ácidos húmicos

10 BIBLIOGRAFÍA Abou-Hadid, A.F.; Mohamed, A.O.;Abdel-Fattah, I.A. and Mohamed, S.E Effect of composted greenhouse wastes on macro-nutrients concentrations and productivity of cucumber. In Balis et al. (Eds.) Proc. Int. Symp. on Composting of Organic Matter. Acta Hort. 549, ISHS p Genevini, P.; Adani, F.; Veeken, H.M.; Nierop, K.G.J.; Scaglia, B.; and Dijkema, C. Qualitative modifications of humic acid-like and core-humic acid-like during high composting of pig faeces amended with wheat straw. Soil Sci. Plant Nutr., 48 (2), , 2002b. Chen Y., N. Senesi and M. Schnitzer, Information provided on humic substances by E 4 /E 6 ratios. Soil Sci. Soc. Am. J. 41: Alloush A., G., K.S. Zeto and B.R. Clark, PHospHorus source, organic matter, and arbuscular mycorrhiza effects on growth and mineral acquisition of chickpea grown in acidic soil. Journal of Plant Nutrition, 23: Biondi, F.A.; Figliolia, A.; Indiati, R.; and Izza, C Effects of fertilization with humic acids on soil and plant metabolism: A multidisciplinary approach.

11 Note III: PHospHorus dynamic and behaviour of some plant enzymatic activities. In Senesi, N. and Miano, M.T. (Eds.), Humic substances in the global environment and implications on human health Elsevier science B.V. Swift, S.R Sequestration of Carbon by Soil. In Soil Sci. 166: Riahi H, Occurrence and variation of microflora in mushroom compost. In Balis et al. (Eds.) Proc. Int. Symp. on Composting of Organic Matter. Acta Hort. 549: Adani, F.; Genevini, PL.; Gasperi, F.; and Tambone, F. 1997). Organic matter evolution index (OMEI) as a measure of composting efficiency. In Compost Sci. Util., 5, Lee B., I., J.P. Kim and W.K. Chang, Evaluation of stability of compost prepared with Korean food wastes. Soil Sci. Plant Nutr. 48: 1-8. Morten, K; Ling, AM.; and Gams, W. Fungal succession during composting of Miscanthus straw and pig slurry. In Balis et al. (Eds.). Proc. Int. Symp. on Composting of Organic Matter. Acta Hort. 549, ISHS p Clapp C., E.and M.H.B. Hayes, Sizes and shapes of humic substances. Soil Sci. 164: Lal R, The potential of soils of the tropics to sequester C and mitigate the greenhouse effect. In Sparks, L.D. (Ed.) Advances in Agronomy. 76: Piccolo, A The supramolecular structure of humic substances: A novel understanding of humus chemistry and implications in soil science. In Advances in Agronomy, (75),

12 Zachariakis, M.; Tzorakakis, E.; Kritsotakis, I.; Siminis, C.I. and Manios, V Humic substances stimulate plant growth and nutrient accumulation in grapevine rootstocks. In Balis et al. (Eds.). Proc. Int. Symp. on Composting of Organic Matter. Acta Hort. 549, ISHS. p Zaman, M.; Di, H.J.; Sakamoto, K. Goto, S. Hayashi, H. And Inubushi, K Effects of sewage sludge compost and chemical fertilizer application on microbial biomass and N mineralization rates. Soil Sci. Plant Nutr. 48 (2),