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 FumigaciónExtracción (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 FumigaciónExtracción (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. 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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