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USO DE SUBSTANCIAS HÚMICAS EXTRAÍDAS DE COMPOSTAS EN LA PRODUCCIÓN DE ALGUNAS HORTALIZAS Rubén López Cervantes1 ; Alfonso Reyes López2; Edmundo Peña Cervantes1; María del Rosario Zúñiga Estrada3 1.- Profesor-Investigador en Suelos – UAAAN; 2.- Profesor-Investigador en Horticultura – UAAAN; 3.- Investigadora del INIFAP-Coahuila, Campo Experimental Saltillo.

INTRODUCCIÓN Las substancias húmicas son macromoléculas orgánicas diferentes y más estables que los compuestos de donde provienen, constituyen al humus e incluyen los ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) y huminas residuales (HR). En el mundo hay dos corrientes de estudio de acuerdo a su origen: La primera es en Estados Unidos de América, ya que los ácidos húmicos y fúlvicos empleados para su estudio son extraídos de minas de carbón y provienen de minerales fósiles tales como la leonardita, turbas y lignitos, inclusive ya desde fines de la segunda guerra mundial, los productores de los Estados de California, Texas, Atlanta y Pensilvania, molían estos minerales y el polvo lo aplicaron como fertilizantes a cereales y pastos con excelentes resultados. La segunda corriente se ha desarrollado en Rusia, Francia, Alemania, Italia y Canadá, desde inicios del siglo anterior, donde han estudiado con amplitud el proceso de humificación en suelos de bosque, es decir, el papel de la materia orgánica ya transformada en humus en la génesis de los suelos. Esto ha generado que una gran cantidad de investigadores hayan establecido lo conocido hasta ahora, en cuanto a las características y el modo de acción de las moléculas de las substancias en los suelos agrícolas y en la fisiología y nutrición vegetal. En México, sobre todo en el Norte, el uso de ácidos húmicos en la agricultura con fines de fertilización, inicia a fines de los años 80’s, ya que empresas dedicadas a la venta de productos agroquímicos expenden los compuestos mencionados, aunque todos estos productos orgánicos provienen de los minerales fósiles, los cuales se importan de Estados Unidos (California, Pensilvania y Atlanta), Europa (Alemania, Italia y España) y el Medio Oriente (Israel). Lo anterior provoca altos precios de estos productos.

En toda materia orgánica se deben presentar los procesos de mineralización (transformación de compuestos orgánicos en inorgánicos) y humificación (síntesis y/o unión química y/o biológica de compuestos de degradación de residuos de origen vegetal y animal), para transformarse en humus, pero, éstos en condiciones naturales son lentos, de varios meses a decenas de años, en función del tipo de materia orgánica y los factores del medio ambiente. Para acelerar la humificación, en un “reactor” se mezclaron estiércol de bovino y de caprino con residuos orgánicos de cocina y agua y en 60 días, se obtuvieron aceptables cantidades de ácidos húmicos y ácidos fúlvicos con la adecuación de una metodología, cuya eficiencia consiste en usar una solución acuosa de hidróxido de sodio. La gran mayoría de los investigadores de las substancias húmicas, concuerdan en que gracias a los grupos funcionales de éstas, se debe su actuación en las propiedades físicas y químicas del suelo, así como en las funciones fisiológicas de las plantas y en la nutrición vegetal. Se cree que las substancias húmicas intervienen directamente en una gran cantidad de procesos fisiológicos involucrados con el crecimiento de las plantas e indirectamente en la nutrición vegetal en forma similar a los intercambiadores de iones sintéticos (agentes quelatantes), sin embargo, este mecanismo no está bien dilucidado. Por lo comentado, el objetivo general fue obtener en el menor tiempo posible la mayor cantidad de ácidos húmicos y fúlvicos extraídos de la humificación de residuos de origen animal y establecer su comportamiento en la nutrición, crecimiento y desarrollo de algunas hortalizas.

1.- OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS SUBSTANCIAS HÚMICAS

Introducción

El término materia orgánica del suelo (MOS), se refiere al conjunto de substancias orgánicas que contienen carbón. Química y físicamente, consiste en una mezcla de residuos de plantas y animales en varios estados de descomposición, substancias sintetizadas microbiológica y/o químicamente, de productos desmenuzados, de cuerpos vivos y muertos de microorganismos y pequeños animales que permanecen descompuestos (Schnitzer y Schulten, 1995; Schnitzer, 2000). Por convención, es dividida en dos grupos: substancias no húmicas y húmicas (Stevenson, 1982).

Las substancias no húmicas son los carbohidratos, proteínas, grasas, ceras, resinas, pigmentos y ácidos grasos de bajo peso molecular (Atlas, 1984), éstos son relativamente fácil de descomponer por los microorganismos, por lo que tienen poca duración en el suelo, mientras que la celulosa, hemicelulosa y lignina por su estructura molecular son difíciles de alterar (Alexandrova, 1994; Schnitzer y Schulten, 1995; Yano et al., 1998) y se les considera los principales “precursores” de las substancias húmicas (SH) (Duchaufour, 1984; Fründ et al., 1994; Orlov, 1995). La transformación de las substancias no húmicas en húmicas se integra en dos procesos: la mineralización y la humificación. La primera es la formación de compuestos, en general solubles (nitratos, fosfatos, etc.) o gaseosos (CO2), por la acción de microorganismos (Duchaufour, 1984; Fründ et al., 1994). La segunda consiste en la síntesis y/o unión química y/o biológica de compuestos de la degradación de residuos de plantas y animales, por la actividad enzimática de los microorganismos (Fründ et al., 1994). La humificación de materiales orgánicos, origina las substancias húmicas (SH), las cuales son una mezcla heterogéneas de macromoléculas orgánicas, con estructura química compleja, distinta y más estable que su forma original, provienen de la degradación de residuos de plantas y animales, así como de la actividad de síntesis de microorganismos (Stevenson, 1982; Schnitzer, 1978. 2000) y sus características generales son: color de amarillo a oscuro, ácidas, predominantemente aromáticas, hidrófilas, químicamente complejas, polielectrolíticas, con un amplio rango de peso molecular, el cual va desde algunos cientos hasta algunos miles (Schnitzer, 1978) y constituyen del 70 al 80 por ciento p/p de la materia orgánica de la mayoría de los suelos (Schnitzer, 2000). De acuerdo a su solubilidad en álcalis y ácidos, las substancias húmicas se clasifican en ácidos húmicos (AH) y ácidos fúlvicos (AF), los que son macromoléculas aromáticas complejas, muy estables, con estructura polimérica en forma de círculos, cadenas y racimos (Schnitzer, 1978; Schnitzer y Ghosh, 1982; Stevenson, 1982; Schnitzer y Schulten, 1995), ciclos aromáticos condensados (eworobe-at-cc.Umanitoba.CA, 1996), con aminoácidos, amino-azúcares, péptidos y compuestos alifáticos (Stevenson, 1982; Schnitzer, 1978, 2000) y las huminas residuales (HR), las que están menos estudiadas hasta ahora. Las características son: los AH no son solubles en agua pero en álcalis sí, precipitan en medio ácido, son de color café oscuro a negro y con alto peso molecular (20000 KDa), 62 % de carbón y 30 % de oxígeno. Los AF se caracterizan por ser solubles en agua a cualquier condición

de pH del medio y permanecen en solución después de la separación de los AH por acidificación, son de color amarillo claro a amarillo oscuro, de bajo peso molecular (de 170 a 2000 Da), con un 45 % de carbón y 48 % de oxígeno. Una importante diferencia entre los AH y AF es que el oxígeno de estos últimos, puede ser considerado como grupos funcionales –COOH, -OH fenólicos, -COO y C=O, unidos a cadenas alifáticas y ciclos aromáticos, mientras que en los AH la mayor porción de oxígeno, parece estar presente como un componente estructural del núcleo y/o ciclos aromáticos (Schnitzer, 1978, 2000; Stevenson, 1982; Stevenson y Schnitzer, 1982; Cameron et al., 1989). Para la extracción de substancias húmicas, de cualquier material orgánico humificado y/o suelos, se emplean métodos denominados no degradativos y degradativos. Por su facilidad el más empleado (aunque es degradativo) es por vía química, el cual consiste en el uso de hidróxido de sodio (NaOH) a concentraciones de 0.1 0.5 y 1.0 N en solución acuosa (Senesi, 1994; Sorge et al., 1994; Amalfitano et al., 1995; Schnitzer, 1978, 1991, 2000). Aunque también han sido probadas algunas sales neutras y ácidos orgánicos, como el pirofosfato de sodio a 0.1 N y 0.1 M e hidróxido de potasio al 0.1 y/o 0.5 N (Piccolo, 1989). Sin embargo, la estructura molecular de los AH y AF no ha sido plenamente identificada, ni reconocida universalmente, por la gran heterogeneidad de orígenes, fuentes de materiales y factores que intervienen en su constitución y porque los Científicos no están en posibilidades de proponer un concepto válido de la(s) molécula(s) de estos compuestos. En la estructura de los AH, una de las formas muy interesantes, es la presencia de vacíos de variadas dimensiones, los cuales pueden atrapar o unir otros componentes orgánicos como carbohidratos, proteínas y lípidos o bien inorgánicos como arcillas minerales y oxihidróxidos. Además, los carbohidratos y las proteínas, son adsorbidos en la superficie externa y en los vacíos internos, los puentes de hidrógeno juegan un importante papel en su inmovilización, junto con el agua. Los grupos funcionales, principalmente los oxigenados, están involucrados en reacciones con metales y minerales, los que proveen elementos nutrimentales para las raíces de los vegetales (Orlov, 1995; Schnitzer, 2000). Los AH y los AF pueden complejar y/o quelatar cationes, debido a su alto contenido de grupos funcionales libres. Aquí dominan los grupos funcionales carboxilos, estimados entre 500 y 900 meq/100g para los AH y los oxhidrilos fenólicos, cuya cantidad no es más de 1400 meq/100g para los AF, porque más del 80 % de la estructura molecular de dichos ácidos, está formada por los grupos funcionales mencionados, por ejemplo, los elementos

metálicos son más rápidamente adsorbidos que los alcalino-térreos (Orlov, 1995; Harter y Naidu, 1995; Schnitzer, 2000). La complejación y/o quelatación de cationes, es probablemente el más importante papel de las SH con respecto a los sistemas vivos (vegetales), porque al quelatar los iones, ellos facilitan la disponibilidad de éstos para algunos mecanismos, uno de los cuales es prevenir su precipitación y otro puede ser su influencia directa en la disponibilidad de los iones (López, 2002).

Trabajo de Laboratorio

Los AH y AF fueron obtenidos de composta y de leonardita. La composta empleada fue elaborada a base de estiércol de bovino mezclado con residuos de cocina. La proporción de estos materiales fue de 3:1 y se colocaron en un recipiente (“reactor”) con agua y después de 30 días se obtuvo la composta con las siguientes características: pH de 7.6; densidad aparente de 0.62 g cm3

; conductividad eléctrica de 2.8 dS m; proteína cruda de 7.38 %; grasas de 7.62 %; carbohidratos

de 11.45%; celulosa de 58 % y lignina de 29 %. Estas últimas cinco características, se determinaron por el método del ácido- detergente (Wine, 1968). Los AH y los AF de la composta se obtuvieron de la siguiente manera: a cinco gramos de la composta, previamente secada al aire, se le agregaron 200 mL-1 de hidróxido de sodio (NaOH, 1M) (CTR, Monterrey, Nuevo León, México). Los AH y los AF de la leonardita, se obtuvieron disolviendo cinco gramos del mineral fósil mencionado en 200 mL-1 de NaOH, 1M. Las suspensiones se dejaron reposar durante 24 horas a la temperatura ambiente. De esta forma las substancias húmicas de ambos orígenes fueron extraídas. Una vez realizado lo anterior, las substancias húmicas de los dos orígenes, fueron separados por precipitación con ácido sulfúrico al 10 %. Los AH de ambos orígenes precipitaron y los AF permanecieron en solución. Los primeros fueron lavados en cinco ocasiones con agua destilada y cinco con agua bidestilda para eliminar los residuos del ácido sulfúrico. En cada ocasión de lavado, las substancias fueron centrifugadas (Centrífuga BHG-ROTO UNI, Instrumenta, S. A. México) durante 20 minutos a 5000 g. Los AH de la composta fueron denominados AHC y los AF como AFC y sus porcentajes fueron 5.6 y 5.8, respectivamente. Las

correspondientes substancias provenientes de la leonardita fueron nombradas AHL y AFL y presentaron cantidades de 12 y 32 por ciento, respectivamente. Los AH de ambos orígenes, fueron deshidratados en estufa durante 72 horas a 60º C, con el fin de que la presentación fuera sólida. Para concentrar los AF, de las dos fuentes, se procedió a neutralizar la solución salina en que se encontraban (de pH 2 a 7), por medio de hidróxido de amonio (NH4OH), desecándose en un roto-evaporador (Büchi R110, Brinkmann Instruments Inc. Westbury, NY, USA) durante 20 horas a una temperatura de 50º C, hasta presentar una consistencia de gel. Finalmente, fueron desecados en estufa a 60º C y el resultado fue un polvo grisáceo los derivados de composta, mientras que los de leonardita quedaron en forma de hojuelas negras. A las cuatro substancias, por reacción ácido-base, se les midió la acidez total (AT), es decir, los grupos –COOH y –OH en cmolc·kg-1 (Schnitzer y Gupta, 1965) y la capacidad de intercambio cationico (CIC) (Lax et al., 1986). Como se aprecia en el Cuadro 1, la acidez total (AT) de los ácidos fúlvicos de ambos orígenes fue superior a la de los ácidos húmicos, lo que denota una disminución de la AT de ambos tipos de ácidos húmicos (Stevenson, 1982) en 48 y 72 por ciento, respectivamente. La cantidad de grupos funcionales –COOH en los ácidos fúlvicos de composta (AFC), fue superior en 85 por ciento a los ácidos fúlvicos de leonardita (AFL), 82 por ciento a los ácidos húmicos de la composta (AHC) y 89 por ciento a los ácidos húmicos de leonardita (AHL). Como una tendencia general, el contenido de grupos –OH y –COOH en los compuestos húmicos, indican el grado de humificación de la materia orgánica (Schnitzer, 2000). Cuando en los ácidos húmicos aumentan los grupos funcionales –COOH, se presenta un decremento en los grupos –OH y viceversa en los ácidos fúlvicos. Aquí puede presentarse una deprotonación de los grupos, en función del pH. Lo anterior es determinante porque el número total de grupos funcionales reacciona con cationes y además, la capacidad de adsorción puede ser afectada por el bloqueo de los grupos funcionales por cationes como elementos nutrimentales y/o unidos a los minerales arcillosos de los suelos. La capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los ácidos fúlvicos de composta (AFC), fue superior en 30 por ciento a la CIC de los ácidos fúlvicos de leonardita (AFL), 24 por ciento a los ácidos húmicos de la composta (AHC) y 62 por ciento a los ácidos húmicos de leonardita (AHL), esto gracias a la mayor cantidad de grupos funcionales carboxilos (-COOH) (Stevenson, 1982; Schnitzer, 1991; Orlov, 1995).

Cuadro 1.- Acidez total (AT), grupos funcionales libres (-COOH y –OH) y capacidad de intercambio catiónico (CIC) de cuatro substancias húmicas de diverso origen. AT (cmol Kg-1)

-COOH (cmol Kg-1)

-OH (cmol Kg-1)

CIC (cmol Kg-1)

AHC

500

156

344

482

AHL

125

97.6

27.4

240

AFC

961

859

102

632

AFL

600

127

479

443

2.- LAS SUBSTANCIAS HÚMICAS EN LA PRODUCCIÓN DE ALGUNAS HORTALIZAS

Introducción

Para los fisiólogos vegetales el criterio fundamental del crecimiento, es el aumento en tamaño del vegetal completo (Salisbury y Ross, 1994), aunque en ocasiones es difícil de medir, sobre todo por la distribución de la raíz. Gracias al auge de la agricultura sostenible, dentro de los modos de producción de hortalizas, el uso de substancias húmicas (SH) se ha incrementado (Reyes et al., 1999), porque se infiere que intervienen directamente en el crecimiento vegetal. A pesar de esto, no hay evidencia de que las mencionadas substancias intervengan en algunos procesos fisiológicos de la planta, como son la formación de raíces adventicias, respiración de raíces y síntesis de proteínas e indirectamente en la disponibilidad de iones y su traslocación dentro de la planta (Kuiters y Mulder, 1993), es decir, con esto último se cree que actúan como suplidores y reguladores de la nutrición vegetal en forma similar a los intercambiadores de iones sintéticos (quelatos) (Schnitzer, 1991; Orlov, 1995), aunque, también es necesario considerar la capacidad de intercambio catiónico de las mencionadas SH (Schnitzer, 2000) y de las raíces de las plantas (Marschner, 1995). Un ejemplo muy claro del efecto de substancias húmicas en el crecimiento de diferentes órganos en plantas intactas, fue presentado por Rauthan y Schnitzer (1981) para el accionar de los ácidos fúlvicos en el crecimiento de pepinos, en este caso, los ácidos fúlvicos a concentraciones de 100 mg L-1 de agua, incrementaron la longitud de raíz en 31 % , el peso del tallo en 81 %, el peso de la planta en 130 %, el número de hojas y flores por planta fue de 40 y 145 %, respectivamente, con respecto a plantas donde se adicionaron mucho más altas concentraciones de las mencionadas substancias. En adición al incremento en longitud y peso fresco y seco, las substancias húmicas pueden ejercer un efecto favorable en el desarrollo de raíces adventicias, en soluciones nutritivas (Vaughan y Malcolm, 1985). En raíces de tomate producidas en solución nutritiva, los ácidos húmicos fueron más efectivos que los ácidos fúlvicos en el aumento del crecimiento (Schnitzer (1991), sin embargo, podría parecer que estas dos fracciones húmicas

influyen diferentes aspectos del crecimiento y solo los ácidos húmicos aumentan la elongación celular, mientras que los ácidos fúlvicos producen efectos opuestos. Schnitzer y Poapst (1967), demostraron que los ácidos fúlvicos estimulan la iniciación de la raíz en hipocotilos del frijol (Phaseolus vulgaris), ya que la concentración óptima de los ácidos fúlvicos requeridos en los hipocotilos (3000-6000 mg L-1), es más grande que los 25 mg L-1 reportados por Linehan (1976) para raíces de tomate. Los grupos funcionales carboxílos, están involucrados en la iniciación de la raíz en plántula de tomate, porque el ácido polimaléico e indolacético son similares al ácido policarboxílico de los ácidos fúlvicos, lo cual produce una respuesta similar de la plántula (Orlov, 1995). Estos mismos científicos, postularon que los grupos carboxílos y oxhidrilos fenólicos y alcohólicos de los ácidos fúlvicos, son los responsables de la influencia en la raíz de los hipocotilos como un resultado de su actividad quelatante. Se cree que los ácidos húmicos y fúlvicos, pueden complejar y/o quelatar los cationes y colocarlos disponibles para la raíz de la planta, pero a pesar de esto, el o los mecanismos mediante el cual sucede lo anterior, no está bien establecido. Para ello, Schnitzer (1991) y Orlov (1995), propusieron que los grupos carboxilos e hidroxilos fenólicos y alcohólicos de los ácidos húmicos y fúlvicos son los responsables de lo anterior, ya que más del 80 % de la estructura molecular de los ácidos está formada por los grupos funcionales mencionados. Los cationes son complejados en diferentes extensiones por los ácidos húmicos, por ejemplo, los elementos metálicos son más rápidamente adsorbidos que los alcalino térreos, ya que podrían complejar hierro y zinc más rápido que el sodio (Stevenson, 1982; Orlov, 1995), por lo que al adicionar ácidos fúlvicos el hierro es más abundante en tejido vegetal de follaje de tomate (Cuevas, 2001) y el calcio en melón (Serna, 2001). Sin embargo, la complejación y/o quelatación de elementos por los grupos funcionales de las substancias húmicas, podría no ser explicados con el incremento en la disponibilidad de iones, sino que otros mecanismos podrían estar implicados y es necesario tenerlos en cuenta, como el de oxidación-reducción (De Silva et al., 1993; Shenker et al., 1995; Adani et al., 1998), por ejemplo, Römheld y Marshner (1995), propusieron la idea de que la reducción de Fe2+ quelatado por un compuesto sintético se realiza en el plasmalema cortical de la células de la raíz, lo anterior es importante porque muchos reportes revelan que los ácidos húmicos y fúlvicos estimulan el

crecimiento vegetal en términos de longitud y peso fresco y seco, pero está en función de las fuentes de las substancias húmicas y de las condiciones del cultivo. Además, una gran discrepancia existe por entender si las moléculas completas de las substancias húmicas son directamente tomadas por las plantas o si son alteradas, este mecanismo no se conoce aún, sin embargo, las evidencias disponibles sugieren que las substancias húmicas son adsorbidas en la superficie de la raíz o acumuladas en el “espacio libre aparente” de las células de la raíz (Vaughan y Ord, 1981), pero, según Marschner (1995), las substancias húmicas no pueden ser absorbidas por las raíces como tales, debido a su gran peso molecular, más bien los grupos funcionales son alojados en las partes mencionadas de la células de la raíz.

Comportamiento de Ácidos Fúlvicos de Dos Orígenes en el Crecimiento de Plántula de Tomate, en Invernadero Introducción El tomate es la hortaliza de mayor importancia económica a nivel nacional, porque está considerada como alimento básico dentro de la dieta de los mexicanos, ya sea para su consumo en fresco o procesado. Los modos de producción son muy variados, sin embargo, en los últimos 10 años ha tomado gran auge producirlo bajo condiciones de invernadero con fertirriego, para obtener mayores producciones y de alta calidad para exportación, principalmente a los Estados Unidos, ya que es el principal mercado importador del tomate mexicano. Gracias a la acción de los grupos funcionales de las substancias húmicas, se incrementa la velocidad de germinación al actuar directamente en la multiplicación celular, debido a la aceleración en la actividad enzimática que se encarga del desdoblamiento de las substancias de reserva en las semillas, aumentan la longitud de la plúmula al acelerar el proceso respiratorio, lo que redunda en la intensificación del metabolismo e inducen la proliferación de raíz, al acelerar el proceso de respiración, aumentan la permeabilidad celular y estimulación hormonal, las cuales incrementan la longitud de la planta debido a que las moléculas de las substancias húmicas, proporcionan electrones y oxígeno a las células vegetales (Lulakis, 1995; Furter et al., 1996; Wang et al., 1996; Xu et al., 1997; Muñoz et al., 1999; Rodríguez y Cordeiro, 1999). La producción de tomate depende en gran medida de la calidad de la plántula a trasplantar, la cual está en función de las condiciones fitosanitarias, el vigor, el tamaño y éstas de acuerdo a las condiciones de nutrición. Para asegurar esta última situación, el productor de plántula aplica fertilizantes químicos con muy buen éxito, sin embargo, estos son sales inorgánicas costosas. Por lo anterior, se hace necesaria la búsqueda e implementación de técnicas económica y ecológicamente factibles para la producción de plántula de hortalizas, por lo que el objetivo del presente trabajo fue determinar el comportamiento de ácidos fúlvicos de dos orígenes en el crecimiento de plántula de tomate, en invernadero.

Metodología En un invernadero del Campus sede de la Universidad Autónoma Agraria “Antonio Narro”, ubicado en la Ex – Hacienda de Buenavista, Saltillo, Coahuila, México, la cual se ubica a los 25º 22’ de latitud norte, a los 101º 01’ de longitud oeste y a una altura de 1743 msnm, fueron

colocadas charolas germinadoras de poliestireno de 200 cavidades, con el sustrato denominado “perlita” (material inerte) y sembradas semillas del híbrido de tomate “Río Grande”. La forma fue de “charolas flotantes”. Una charola fue usada para cada tratamiento, los cuales fueron 0.2 y 0.4 mL L-1 de agua de cada ácido fúlvico, lo que representa una cantidad real (con base en sus porcentajes) aplicada de 0.58 y 1.16 mg L-1 de agua de los AFC y 3.20 y 6.40 mg L-1 de agua para los AFL, respectivamente. Estos fueron mezclados con diferentes niveles de la solución nutritiva Douglas para hidroponía (Sánchez y Escalante, 1988) y se usaron como testigos cuatro niveles de la solución nutritiva sola. Esto proporcionó un total de 20 tratamientos, los cuales fueron distribuidos de acuerdo a un Diseño Experimental Completamente al Azar con arreglo Factorial 2x2 con tres repeticiones. La distribución de los tratamientos se presenta en el Cuadro 2. Se muestreó cada 10 días, después de que la plántula presentó dos hojas verdaderas, en tres ocasiones y se colectaron 10 plántulas por repetición. El análisis estadístico que se efectuó, consistió en el análisis de varianza (ANVA) y la prueba de medias de Tuckey (pP

95.87

0.000**

Calcio Magnesio

46.39 19.33

0.000** 0.000**

Hierro

37.27

0.000**

Cobre

78.70

0.000**

Manganeso

411.61

0.000**

Zinc

160.44

0.000**

Tratamiento Superior AFC1.16+SN50 y AFC1.16+SN75 AFC1.16+SN50 AFC1.16+SN50 y AFC1.16+SN75 AFL3.20+SN25 AFC0.58+SN100 y AFC1.16+SN75 AFC0.58+SN100 AFL6.40+SN50 y AFC0.58+SN100

Valor Medio 0.718 (%)

8.078 (%) 1.973 (%)

1592.167 (%) 201.783 (%) 2829.00 (%) 739.833 (%)

Las Substancias Húmicas de Diverso Origen en el Crecimiento y Desarrollo del Tomate, en Invernadero El objetivo de este trabajo fue, determinar el comportamiento de cuatro derivados húmicos en el crecimiento y desarrollo del tomate, en invernadero. Metodología Las substancias húmicas obtenidas de la manera descrita con anterioridad se aplicaron en dosis de 0.2, 0.4 y 0.6 ml L-1 de agua y mezcladas con la solución nutritiva Douglas para tomate en hidroponía (Sánchez y Escalante, 1988). El cultivar empleado fue el “Río Grande”, de hábito determinado. La solución nutritiva presenta tres niveles: dosis mínima, óptima y máxima y para el presente trabajo fueron usados sólo dos niveles que se refieren al 100% (dosis mínima) y el 50% (la mitad) de ésta, todo bajo un diseño experimental completamente al azar, con arreglo factorial 4x3x2, con tres repeticiones. El análisis estadístico consistió en análisis de varianza (ANVA) y prueba de medias (Tukey. P>0.05 y 0.01), para lo cual se empleó el programa de computador MINITAB, versión 13 para Windows. El Cuadro 5, muestra la distribución de los tratamientos. Las substancias húmicas, a partir del trasplante, fueron aplicadas cada 15 días (seis en total) y mezcladas con la solución nutritiva, esta mezcla fue adicionada a las plantas cada cinco días. Cada tercer día sólo riegos con agua, cuyo pH fue de 7.2. Las variables de respuesta medidas fueron: número de racimos y frutos, peso seco de planta y peso de fruto por planta. El número total de cortes fue de ocho practicado de forma manual. A tejido vegetal de follaje y raíz se le determinó, mediante el espectrofotómetro de absorción atómica el contenido de potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), hierro (Fe), cobre (Cu) y zinc (Zn). El fósforo (P) por colorimetría.

Cuadro 5.- Distribución de los tratamientos de substancias húmicas de diversos orígenes aplicados a tomate, en invernadero. Tratamiento

No. 1 2 3

Dosis (ml L-1) 0.2 0.4 0.6

Solución Nutritiva (%) 50

AHC 4 5 6 7 8 9

0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6

10 11 12 13 14 15

0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6

16 17 18 19 20 21

0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6

22 23 24 24

0.2 0.4 0.6

100

50

AHL 100

50

AFC 100

50

AFL 100 50

SN 26 AHC- Ácidos Húmicos Extraídos de Composta. AFC- Ácidos Fúlvicos Extraídos de Composta. AHL- Ácidos Húmicos de Leonardita. AFL- Ácidos Fúlvicos de Leonardita. SN- Solución Nutritiva.

100

Resultados El Cuadro 6, denota un concentrado de los análisis de varianza (ANVA) del efecto de substancias húmicas y sus dosis en el número de racimos, número de frutos, peso seco de planta y peso de fruto por planta de tomate, en invernadero. De forma general puede establecerse que las substancias húmicas produjeron un efecto altamente significativo en el número de racimos y frutos y en el peso del fruto. Cuadro 6.- Concentrado de análisis de varianza del efecto de substancias húmicas y sus dosis en las variables de respuesta medidas a plantas de tomate, en invernadero.

Variables

Factores

No. Racimos Subs. húmica Dosis No. Frutos Subs. húmica Dosis Peso seco Subs. Húmica Dosis Peso fruto Subs. húmica Dosis * nivel de significancia p (< 0.01). ** nivel de significancia p (< 0.05). NS= No significativo.

ANVA F P 4.21 0.00** 2.54 0.08* 3.13 0.00** 0.42 0.65NS 1.38 0.16NS 3.87 0.02* 2.74 0.00** 0.47 0.62NS

La figura 5 precisa cómo al aplicar los ácidos húmicos de leonardita a razón de 0.6 ml por L-1 de agua mas la solución nutritiva al 100 % (AHL6+100%) y los ácidos fúlvicos de leonardita a una cantidad de 0.4 ml L-1 de agua combinados con la solución nutritiva al 100% (AFL4+100%), el número de frutos fue superior en 184 % que cuando se adicionó la solución nutritiva sola al 50% (SN50) y en 117% a la solución al 100% y al adicionar este último tratamiento (AFL4+100%), el número de racimos superó en 70 % a la solución nutritiva al 50% y en 20 % a la de 100%. Lo anterior se comprobó al llevar a efecto la prueba de medias Tuckey, 0.5 %).

Figura 5.- Número de frutos y racimos de tomate al adicionar substancias húmicas de diverso origen, en invernadero. 6 5 4

Nº

3

N°Frutos

2

N°Racim.

1 SN50

AFL4+100

AFL6+50

AFL2+50

AFC4+100

AFC6+50

AFC2+50

AHL4+100

AHL6+50

AHL2+50

AHC4+100

AHC6+50

AHC2+50

0

Tratamientos

Al realizar el análisis numérico no hay efecto estadístico significativo de los factores en el peso seco de planta, sin embargo, el tratamiento de ácidos fúlvicos de composta a la dosis de 0.4 ml L-1 de agua mezclados con la solución nutritiva al 50% (AFC4+50%), produjeron el peso seco superior en un 30% y 35% que al adicionar la solución nutritiva sola al 50 y 100%, respectivamente. El peso superior del tomate, fue al aplicar los ácidos húmicos de leonardita a una cantidad de 0.6 ml L-1 de agua combinados con la solución nutritiva al 100% (AHL6+100 %) (Figura 3); sin embargo, al comparar las medias, el tratamiento de los ácidos fúlvicos de leonardita a la cantidad de 0.4 ml L-1 de agua mas la solución nutritiva al 50% (AFL4+100%) fue estadísticamente superior, lo cual significa un 150% mas que al aplicar la solución nutritiva sola al 50% y 145% delante de la solución al 100%. La Figuras 7 presentan los contenidos de hierro, manganeso y calcio de tejido vegetal de raíz a) y follaje b) del tomate; en ella se aprecia cómo el porcentaje de hierro en el tejido de raíz fue superior 250 % al adicionar los ácidos húmicos de composta a la dosis de 0.6 ml L-1 de agua, mezclados con la solución nutritiva al 100 % (AHC6+100), mientras que el contenido de calcio fue mayor al agregar los ácidos fúlvicos de leonardita a razón de 0.6 ml por L-1 de agua, unidos con la solución nutritiva al 100 % (AFL6+100), en 71 % a la aplicación de la solución nutritiva sola al 100 % y en 50 % a la solución nutritiva sola al 50 % y los porcentajes de manganeso fueron 250 y 75 % superiores al aplicar los ácidos húmicos de composta a la dosis de 0.6 ml L-1

de agua mezclados con la solución nutritiva al 100 % (AHC6+100) sobre la aplicación de la solución nutritiva sola al 100 y 50 %, respectivamente. Figura 6.- Peso de fruto por planta de tomate al adicionar substancias húmicas de diverso origen, en invernadero.

300 250 200

g-1 pta.

150 Peso

100 50 SN100

SN50

AFL6+100

AFL4+100

AFL2+100

AFL6+50

AFL4+50

AFL2+50

AFC6+100

AFC4+100

AFC2+100

AFC6+50

AFC4+50

AFC2+50

AHL6+100

AHL4+100

AHL2+100

AHL6+50

AHL4+50

AHL2+50

AHC6+100

AHC4+100

AHC2+100

AHC6+50

AHC4+50

AHC2+50

0

Tratamientos

Figura 7.- Contenido de hierro, calcio y manganeso de tejido vegetal de raíz a) y tejido vegetal de follaje b) de tomate al adicionar substancias húmicas de diverso origen, en invernadero.

a) 1000 800 600

%ppm

Fe

400

Mn Ca

200

SN100

SN50

AFL6+100

AFL4+100

AFL2+100

AFL6+50

AFL4+50

AFL2+50

AFC6+100

AFC4+100

AFC2+100

AFC6+50

AFC4+50

AFC2+50

AHL6+100

AHL4+100

AHL2+100

AHL6+50

AHL4+50

AHL2+50

AHC6+100

AHC4+100

AHC2+100

AHC6+50

AHC4+50

AHC2+50

0

b) 1000 800

ppm

600 Fe 400

Mn Ca

200

SN100

SN50

AFL6+100

AFL4+100

AFL2+100

AFL6+50

AFL4+50

AFL2+50

AFC6+100

AFC4+100

AFC2+100

AFC6+50

AFC4+50

AFC2+50

AHL6+100

AHL4+100

AHL2+100

AHL6+50

AHL4+50

AHL2+50

AHC6+100

AHC4+100

AHC2+100

AHC6+50

AHC4+50

AHC2+50

0

Tratamientos

La misma Figura muestra cómo la cantidad superior de calcio en los tejidos de follaje fue al adicionar los ácidos fúlvicos de composta a la dosis de 0.6 ml L-1 de agua, mezclados con la solución nutritiva al 100 % (AHC6+100), esto es un 654 % más que cuando se aplicó solo la solución nutritiva al 100 %, mientras que al combinar los ácidos húmicos de leonardita al 0.6 ml L-1 con la solución nutritiva al 50 % (AHL6+50), el contenido de manganeso en el tejido mencionado fue superior en 175 % a la aplicación de la solución nutritiva sola al 100 %. Al agregar los ácidos húmicos de composta a una cantidad de 0.2 ml L-1 de agua mas la solución nutritiva al 100% (AHC2+100), la cantidad de hierro superó en un 75% a la aplicación de la solución nutritiva sola al 100%.

Comportamiento de Tres Substancias Húmicas Extraídas de Compostas en la Nutrición y Crecimiento de Chile, en Invernadero

El objetivo de este trabajo fue determinar el comportamiento de tres substancias húmicas extraídas de diferentes compostas y mezcladas con diversas dosis de solución nutritiva en la nutrición y crecimiento del chile, en invernadero.

Obtención de las Substancias Húmicas Las substancias húmicas (SH) empleadas fueron extraídas de tres compostas de tres orígenes: de estiércol de bovino mezclado con residuos de cocina (EB+DC), de estiércol de bovino más harina de maíz (EB+HM) y estiércol de caprino mezclado con paja de soya ((EC+PS). Para la elaboración de éstas, los materiales fueron colocados en recipientes (“reactores”) de plástico de 200 L-1 con agua. Después de 30 días se colectaron las compostas y se secaron al aire durante 72 horas. Realizado lo anterior, se tomaron 5 g-1 de cada composta y se elaboró una suspensión con 200 mL-1 de hidróxido de sodio (NaOH), 1 M, las cuales se dejaron reposar 24 horas a temperatura ambiente de laboratorio. De esta manera fueron extraídas las SH (ácidos húmicos y ácidos fúlvicos) y con ácido sulfúrico (H2SO4, al 10 %), se les disminuyó el pH de 11 a 6.5 para posteriormente ser aplicadas al cultivo. A las SH se les midió la cantidad de ácidos húmicos y fúlvicos, de acuerdo a la metodología modificada por López (2002) y por reacción ácido-base la acidez total (AT), es decir, los grupos funcionales libres carboxilos (COOH) y los oxidrilos fenólicos (-OH).

Las Substancias Húmicas en el Crecimiento del Chile En un invernadero del Campus sede de la Universidad Autónoma Agraria “Antonio Narro,” localizada en la Ex – Hacienda de Buenavista, Saltillo, Coahuila, México, a los 25° 23’ de latitud norte, a los 101° 00’ de longitud oeste y a una altura de 1742 msnm, se colocaron charolas germinadoras de poliestireno de 200 cavidades, con una mezcla del sustrato “perlita” (material inerte) y “peat moss” a una relación 1:1 y como fertilización la dosis óptima de la solución nutritiva Hoagland (SNH) y se produjeron plántulas de chile Anaheim cv. “Joe Parker.” Con cuatro hojas verdaderas (35 días después de la siembra, con altura promedio de 15 cm-1), se

trasplantaron a macetas con 18 kg-1 del horizonte Ap de un Calcisol (WRB, FAO/UNESCO, 1994). Las SH se aplicaron en dosis de 0.5 mL L-1 de agua, mezclada con la SNH para chile en hidroponía en tres niveles: 0 %, 50 % y 100 %. Dicha solución se empleó también como testigo absoluto a las cantidades de 0, 50 y 100 %. La SH (ácidos fúlvicos) comercial denominada Ktionic (producida por El Grupo Bioquímico Mexicano), se empleó como testigo relativo y se mezcló con las cantidades mencionadas de la SNH. Lo anterior proporcionó 15 tratamientos (Cuadro 7), los que fueron distribuidos de acuerdo a un Diseño Experimental Completamente al Azar, con un arreglo factorial 5x3 con tres repeticiones (cada tres plantas fueron una repetición). Los tratamientos fueron aplicados cada semana a partir del trasplante y cada tercer día, aplicado el riego, cuyo pH del agua fue de 7.2 Las variables evaluadas fueron: diámetro de tallo (DT), número de frutos amarrados (NFA), número de frutos cosechados (NFC), peso de fruto (PF), peso fresco (PFP) y seco de planta (PSP). La variable NFA fue el promedio de 16 lecturas (una por semana durante el ciclo del cultivo) y el peso de fruto fue el total de nueve cortes. Al término del ciclo se colectó follaje y del tejido vegetal de este órgano vegetal (vía húmeda con una mezcla de ácido nítrico y ácido perclórico), se determinó el potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), manganeso (Mn), cobre (Cu), hierro (Fe) y zinc (Zn), con espectrómetro de absorción atómica (EAA) (Perkin Elmer2380), el nitrógeno total (Nt) (método Kjeldall) y el fósforo (colorimetría con el método Olsen) (Colorímetro MILTON ROY, Spectronic 20 D). El análisis estadístico consistió en el Análisis de Varianza (ANVA) y prueba de medias (Tukey, P< 0.05), para lo cual se empleó el paquete para computador Statistical Analysis System (SAS).

Cuadro 7.- Distribución de los tratamientos de la mezcla de substancias húmicas extraídas de compostas y una solución nutritiva, aplicadas a chile Anaheim, en invernadero. Tratamiento

Substancia Húmica

Dosis de SH (mL L-1)

(SH)

Solución Nutritiva Hoagland (%)

1

EB+DC

0.5

100

2

EB+DC

0.5

50

3

EB+DC

0.5

0

4

EB+HM

0.5

100

5

EB+HM

0.5

50

6

EB+HM

0.5

0

7

EC+PS

0.5

100

8

EC+PS

0.5

50

9

EC+PS

0.5

0

10

K-tionic

0.5

100

11

K-tionic

0.5

50

12

K-tionic

0.5

0

13

SNH

0

100

14

SNH

0

50

15

SNH

0

0

Resultados Grupos Funcionales de los Ácidos La cantidad de grupos funcionales libres carboxilos (-COOH) de los ácidos fúlvicos extraídos de la composta de EC+PS, superaron al testigo (K-tionic) en 624 por ciento, mientras que la cantidad de los grupos funcionales libres oxidrilos fenólicos (-OH) de los ácidos húmicos obtenidos de la composta de EB+DC, sobrepasaron también al testigo en 251 por ciento (Cuadro 8). Los ácidos fúlvicos extraídos de las compostas EB+DC y EB+HM, presentaron mayor contenido de grupos -OH (356 y 366 cmolc kg-1), mientras que los obtenidos de la composta de EC+PS de –COOH (536 cmolc kg-1). Lo anterior significa que estos últimos compuestos son los más oxidados y polimerizados, de acuerdo con lo establecido por Fründ et al., (1994), Orlov

(1995) y Schnitzer (2000), al decir que cuando un tipo de substancias húmicas presentan mayores cantidades de grupos funcionales libres –COOH, son los más capaces de complejar y/o quelatar iones con carga eléctrica positiva, principalmente los metálicos, en función del material orgánico original.

Cuadro 8.- Porcentaje de substancias húmicas (SH), acidez total (AT), grupos funcionales libres carboxilos (-COOH) y grupos funcionales libres oxhidrilos (-OH) de ácidos húmicos y ácidos fúlvicos de tres compostas y un producto comercial.

Substancias

SH

AT

-COOH -1

-OH -1

húmicas (SH)

(%)

(cmolc kg )

(cmolc kg )

(cmolc kg-1)

AH-EB+DC

3.20

620

240

380

AF-EB+DC

3.00

560

204

356

AH-EB+HM

4.30

246

56

190

AF-EB+HM

2.20

270

204

366

AH-EC+PS

4.60

680

409

271

AF-EC+PS

3.80

736

536

197

K-tionic

25.00

182

74

108

Efecto de las Substancias Húmicas en el crecimiento de Chile De manera general se puede establecer que los tratamientos realizaron un efecto estadísticamente significativo en todas las variables medidas. En el DT el valor medio mayor fue de 13.43 cm-1, al adicionar las SH extraídas de la composta de ECPS más el 100 por ciento de la SNH, lo que representa un tres por ciento más que el testigo relativo (K-tionic + 100 % SN) y cuatro por ciento superior a la SNH al 100 por ciento sola (testigo absoluto). En el NFA el testigo relativo (K-tionic) (8.02), sobrepasó en dos por ciento al tratamiento donde se aplicaron las SH de la composta elaborada con ECPS mezcladas con el 100 por ciento de la SNH (7.79) y en 21 por ciento a la SNH al 100 por ciento (6.62). Con el testigo relativo (18.33), el NFC aventajó en tres por ciento a las plantas que se les agregaron las SH de la composta de ECPS y el 100 por ciento de la SNH (17.66) y con 17 por ciento al testigo absoluto (15.66). Cuando se adicionaron las SH

extraídas de la composta elaborada a base de ECPS y el 100 por ciento de la SNH, el PF (734.65 g-1), sobrepasó en nueve por ciento al testigo relativo (672.23 g-1) y en 11 por ciento al testigo absoluto (660.12 g-1). A la adición de las SH de EBHM con el 100 por ciento de la SNH, el PFP (416.11 g-1) superó al testigo relativo (401.11 g-1) en tres por ciento y 19 por ciento al testigo absoluto (348.55 g-1). En el PSP, cuando se adicionaron las SH obtenidas de la composta de EBHM mezcladas con el 100 por ciento de la SNH (93.88 g-1), esta variable sobrepasó en tres por ciento al testigo relativo (91.11 g-1) y en 12 por ciento al testigo absoluto (83.89 g-1) (Cuadro 9).

Cuadro 9.- Diámetro de tallo (DT), número de frutos amarrados (NFA) y cosechados (NFC), peso de fruto (PF) y peso fresco (PFP) y seco de planta (PSP) de chile Anheim, al adicionar substancias húmicas extraídas de tres compostas y mezcladas con una solución nutritiva, en invernadero.

Tratamientos

DT

NFA

NFC

(mm-1)

PF

PFP

PSP

(g-1)

(g-1)

(g-1)

EBDC+SNH100

11.60 a

5.85 a

15.66 a

490.10 b

299.44 a

68.66 a

EBDC+SNH 50

12.83 a

6.45 a

16.33 a

714.30 a

372.77 a

90.33 a

EBDC+SNH 0

11.51 a

5.48 b

10.66 b

350.99 b

206.11 b

52.22 b

EBHM+SNH100

13.23 a

7.55 a

17.33 a

692.00 a

416.11 a

93.88 a

EBHM+SNH 50

12.39 a

7.22 a

17.33 a

637.88 a

348.33 a

80.55 a

EBHM+SNH 0

11.50 a

5.21 b

12.00 b

430.09 b

221.66 b

52.77 b

ECPS+SNH100

13.43 a **

7.79 a

17.66 a

734.65 a

409.44 a

91.11 a

ECPS+SNH 50

12.27 a

6.65 a

16.66 a

670.64 a

345.55 a

82.22 a

ECPS+SNH 0

11.40 b

3.92 b

11.00 b

463.40 b

193.33 b

51.11 b

Ktionic+SNH100

12.97 a

8.02 a

18.33 a

672.23 a

401.11 a

91.11 a

K-tionic+SNH50

12.84 a

6.34 a

16.66 a

731.07 a

401.11 a

86.66 a

K-tionic+SNH0

10.92 b

4.72 b

12.33 b

464.46 b

193.55 b

51.11 b

SNH 100

12.84 a

6.62 a

15.66 a

660.12 a

348.55 a

83.89 a

SNH 50

12.81 a

6.02 a

15.66 a

491.09 a

330.55 a

80.55 a

SNH 0

8.73 b

0.94 b

4.33 b

114.51 b

150.00 b

38.16 b

Cuando se adicionó el K-tionic más el 50 por ciento de la solución nutritiva (K-tionic + 50 SNH), el rendimiento total (27.11 t ha-1) aventajó en 34 por ciento a la producción donde se agregó el tratamiento sin solución nutritiva (SNH 0) (20.18 t ha-1). A la aplicación de las substancias húmicas extraídas de la composta de EB + HM, mezcladas con el 100 por ciento de la SNH, el rendimiento total (26.34 t ha-1) sobrepasó en 36 por ciento al rendimiento cuando se adicionaron las substancias húmicas solas (19.39 t ha-1). El tratamiento de las substancias húmicas obtenidas de la composta de EC + PS con el 100 por ciento de la SNH (26.06 t ha-1), incrementó en 35 por ciento el rendimiento sobre el cultivo producido solo con las substancias húmicas (19.30 t ha-1) (Figura 8). Aquí cabe hacer mención que la media nacional de producción son 20 t ha-1

Figura 8.- Rendimiento de chile Anaheim al adicionar tres substancias húmicas extraídas de diversas compostas y mezcladas con diferentes cantidades de una solución nutritiva, en invernadero.

30 25

20

t ha-1

EB+CD EB+HM

15

EC+PS K-tionic

10

SN 0

5

0 SN 0

SN 50

Tratamientos

SN 100

DISCUSIÓN GENERAL Los grupos funcionales libres de los ácidos fúlvicos (–COOH), actuaron como ligantes naturales de los iones y posteriormente los colocaron disponibles para las plantas. Esto quiere decir que las substancias húmicas están bien polimerizadas (Fründ et al., 1994; Orlov, 1995; Schnitzer, 1991, 2000) y bien oxidados (AF=859 meq/100g). Aquí es necesario considerar el número de cargas eléctricas negativas (de 1 a n: donde n es el número total de sitios aniónicos disponibles) de las moléculas orgánicas, las cuales pudieron ser equilibradas por cargas positivas de los cationes (Schnitzer, 1991; Orlov, 1995; Harter y Naidu, 1995) de la solución nutritiva adicionada. Además, es necesario considerar la capacidad de intercambio catiónico de la raíz (Marschner, 1995). La gran importancia de precisar la química de la unión de metales traza con las substancias húmicas es la extensión de la complejación, la estabilidad de los complejos y el efecto de la formación de los complejos en propiedades como su solubilidad. La acidez total es generalmente considerada como la que provee una adecuada medida de la habilidad de las substancias húmicas para unirse con metales, sin embargo, existe la posibilidad de que grupos funcionales no oxigenados podrían estar involucrados. Además, cationes polivalentes como el hierro, el cobre y otros elementos traza es probable que sean utilizados para formar puentes entre las cadenas de moléculas de ácidos fúlvicos, hasta que su tamaño molecular produzca insolubilidad (Linehan, 1985). Cabe mencionar que el hierro y el manganeso son esenciales en la molécula de clorofila, es decir, intervienen en la fotosíntesis, además, lo anterior provoca un aumento en el área foliar y por consiguiente en el peso del fruto (Rauthan y Schnitzer, 1981; Salisbury y Ross, 1994; Reyes et al., 1999). El calcio (de baja movilidad), es determinante en la rigidez de tallos y consistencia de los frutos (Marschner, 1995).

LITERATURA CITADA

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