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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS AMBIENTALES
INFORME FINAL DE PRÁCTICA PRE PROFESIONAL CARACTERIZACIÓN FÍSICA Y EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD AEROBIA DE SUELOS AGRÍCOLAS Y BOSCOSOS EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
EJECUTOR
: VELÁSQUEZ HUAYLLAS, Carlos
ASESOR
: Ing. BETETA ALVARADO, Víctor Manuel
INSTITUCION
: Laboratorio de Calidad de Tratamiento de la Contaminación de Suelos
FECHA DE INICIO
: 12 de Enero del 2015.
FECHA DE CULMINACIÓN
: 12 de Abril del 2015
TINGO MARIA, PERÚ 2015
ÍNDICE GENERAL Página I.
II.
INTRODUCCIÓN .................................................................................
2
1.1 Objetivos General .......................................................................
3
1.1.1 Objetivo Específico ...........................................................
3
REVISIÓN DE LITERATURA ..............................................................
4
2.1 El suelo .......................................................................................
4
2.1.1 Clasificación de tierras por su capacidad de uso mayor ...
4
2.2 Respirómetro ...............................................................................
5
2.3 Plan de muestreo ........................................................................
5
2.3.1 Tipos de muestreo ............................................................
5
2.4 Técnicas de muestreo .................................................................
6
2.4.1 Para muestras superficiales .............................................
6
2.5 Actividad respiratoria (AT4) .........................................................
7
2.6 Respirometria en suelos ..............................................................
8
2.6.1 Evaluación del consumo de oxigeno ................................
8
2.6.2 Evaluación de la producción de dióxido de carbono .........
9
2.7 pH................................................................................................
9
2.8 Conductividad eléctrica ..............................................................
10
2.9 Humedad.....................................................................................
10
2.10 La materia orgánica.....................................................................
11
2.11 Densidad aparente ......................................................................
11
III.
MATERIALES Y MÉTODOS ...............................................................
13
3.1 Lugar de ejecución .....................................................................
13
3.2 Aspectos ambientales .................................................................
14
3.3 Materiales ....................................................................................
14
3.3.1 Materiales .........................................................................
14
3.3.2 Reactivos ..........................................................................
15
3.3.2 Equipos ............................................................................
15
3.4 Metodología ................................................................................
15
3.4.1
parámetros físicos del suelo como: pH, conductividad, humedad, materia seca, densidad aparente ....................
16
3.4.2. El componente orgánico del suelo a través de la materia
IV.
orgánica y carbono orgánico total ....................................
17
3.4.3. Determinar la reactividad del suelo mediante test AT4 ..
19
RESULTADOS ...................................................................................
21
4.1 los parámetros físicos del suelo como: pH, conductividad, humedad, materia seca, densidad aparente ...............................
21
4.1.1 Datos obtenidos de la evaluación del pH y conductividad eléctrica ............................................................................
21
4.1.2 Datos obtenidos del porcentaje de humedad y materia seca .................................................................................
22
4.1.3 Datos obtenidos de densidad aparente ............................
24
4.2 Determinar el componente orgánico del suelo a través de la materia orgánica y carbónico orgánico total ...............................
25
4.3 Determinar la reactividad aerobia de los suelos agrícolas y boscosos mediantes el test AT4..................................................
26
4.3.1 Evaluación de la reactividad del suelo: agrícolas y boscosos del CO2 .............................................................
27
4.3.2 Evaluación la reactividad del suelo: agrícolas y boscosos del O2 ................................................................................
28
DISCUSIÓN ........................................................................................
30
5.1 Parámetros físicos del suelo ........................................................
30
5.2 Materia orgánica y Carbono orgánico total ................................
32
5.3 Reactividad del suelo agrícola, suelo boscosos... .......................
33
CONCLUSIONES ................................................................................
34
VII. RECOMENDACIONES ........................................................................
35
VIII. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ...............................................................
36
IX.
39
V.
VI.
ANEXO ................................................................................................
ÍNDICE DE CUADROS Cuadro
Página
1.
Muestreo de mediciones ......................................................................
2.
Coordenadas
geográficas
donde
se
realizó
el
trabajo
7
de
investigación ........................................................................................
16
3.
Mediciones de muestreo ......................................................................
21
4.
Porcentaje del contenido de humedad y materia seca... .....................
22
5.
Porcentaje del contenido de densidad aparente ..................................
24
6.
Porcentaje del contenido de materia orgánica y materia seca ............
25
7.
Monitoreo de gastos generados por el CO2 por los suelos (boscoso y agrícola) ...............................................................................................
26
8.
Monitoreo de generación del CO2 de los suelos (agrícola y boscoso) .
27
9.
Monitoreo acumulado del CO2 del suelo boscoso................................
27
10. Monitoreo acumulado del CO2 del suelo agrícola. ...............................
27
11. Monitoreo acumulado del O2 en el suelo boscoso. .............................
29
12. Monitoreo acumulado del O2 en el suelo agrícola. ..............................
29
ÍNDICE DE FIGURAS Figura
Página
1. Muestreo superficial por el método del cuarteo .................................
6
2. Mapa de ubicación ............................................................................
13
3. Equipo de Tés de actividad respiratoria AT4 .....................................
20
4. Mediciones de muestras de pH .........................................................
21
5. Mediciones de muestras de conductividad eléctrica .........................
22
6. Porcentaje de humedad de suelos: agrícolas y boscosos .................
23
7. Porcentaje de materia seca ...............................................................
23
8. Muestras de densidades ...................................................................
24
9. Porcentaje de carbono ......................................................................
25
10. Porcentaje de materia orgánica .........................................................
26
11. Relación del mg CO2/grS en función del tiempo(días) ......................
28
12. Relación del mg O2/grS en función del tiempo (días) ........................
29
13. Muestreo de suelos en el Fundo de Agronomía ................................
40
14. Muestras de suelo en el Brunas (boscoso) .......................................
40
15. Puntos con GPS (Equipamiento) .......................................................
41
16. Puntos con GPS (Equipamiento) .......................................................
41
17. Muestras de suelo boscosos y suelo agrícolas .................................
42
18. Realizando el proceso de cernido de los suelos ...............................
42
19. Aplicación de muestras de suelo ......................................................
43
20. Pesar el suelo para la humedad .......................................................
43
21. Puño para la Reactividad de suelo a 100 gramos .............................
44
22. Introducir para los frascos puño para la humedad de suelo de 100 gramos .............................................................................................
44
23. Funcionamiento del TES AT4 ...........................................................
45
24. Gotas de Fenolftaleína .....................................................................
45
25. Agitamiento con los reactivos de ácido clorhídrico ...........................
46
26. Método de goteo en los gastos .......................................................
46
27. Muestra de suelo agrícola .................................................................
47
28. Muestra de suelo boscoso ................................................................
47
29. Método de la probeta ........................................................................
48
30. Mapa de muestreo de los suelos boscosos y agrícolas ...................
48
1
I.
INTRODUCCIÓN
La respiración es uno de los parámetros más antiguos para cuantificar la actividad microbiana. Ella representa la oxidación de la materia orgánica hasta la formación de CO2 por organismos aeróbicos del suelo, que por lo tanto utilizan O2 como aceptor final de los electrones, hasta el CO2 (KREBS, 2003).Por la generación de CO2 y consumo de O2 en el suelo superficial.
En general el nivel de materia orgánica de suelo está muy ligado al tipo de suelo, a su material parental y constitución mineral, al clima y condiciones ambientales en el caso de suelos vírgenes o sin cultivar. En el caso de suelos de uso agrícola y/o forestal, esos niveles se van modificando de acuerdo al uso y manejo de ellos. Estas prácticas sobre los suelos además influyen en la agregación de éstos y por tanto en su estructura. Así, la aplicación de sistemas de labranza y manejo de residuos, adición de abonos y compost, adición de fertilizantes, tipos de cultivos y sistemas de rotación, son, entre otros, aspectos que inciden tanto en la acumulación de carbono como en la estructura del suelo. (CÉSPEDES, 2008).
2
Los Suelos cuyas características químicas, han sido alteradas negativamente por la presencia de sustancias contaminantes depositadas por la actividad humana, según lo establecido en el D.S. N° 002-2013-MINAM.
La presente práctica realizada se justifica porque hasta el momento
no
se
realizaron
trabajos
relacionados
en
este
tema
de
caracterización y evaluación de capacidad aerobia de los suelos agrícola y boscoso y mucho menos una evaluación constante en el laboratorio de tratamientos de suelos, determinado la reactividad de los suelos, por ende mi participación como practicante será necesaria con la intención aprender el equipo llamado “respiro métrico AT4”. Por otro lado, al finalizar la práctica se podrá determinar las capacidades respirometricas de los suelos de nuestra área de estudio con la finalidad de poder conocer las diferentes propiedades de los suelos.
3
1.1. Objetivo general - Caracterizar y Evaluar
la capacidad
aerobia del suelo agrícolas y
boscosos en la Universidad Nacional Agraria de la Selva 1.1.1. Objetivos específicos - Determinar los parámetros físicos del suelo: pH, conductividad, humedad, materia seca, densidad aparente. - Determinar el componente orgánico del suelo a través de la materia Orgánica y carbono Orgánico Total - Determinar la reactividad aerobia del suelo agrícola y boscoso mediante el test AT4
4
II.
REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. El suelo
El suelo puede definirse, de acuerdo con el glosario de la Sociedad Americana de la Ciencia del Suelo (1984), como el material mineral no consolidado en la superficie de la tierra, que ha estado sometido a la influencia de factores genéticos y ambientales (material parental, clima, macro y microorganismos y topografía), actuando durante un determinado periodo. Es considerado también como un cuerpo natural involucrado en interacciones dinámicas con la atmósfera y con los estratos que están debajo de él, que influye en el clima y en el ciclo hidrológico del planeta, y que sirve como medio de crecimiento para diversos organismos ya que puede considerarse como un reactor bio-físico-químico en donde se descompone material de desecho que es reciclado dentro de él (Hillel 1998, citado por SECRETARIA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES, 2000).
2.1.1.
Clasificación de tierras por su capacidad de uso mayor Según la legislación peruana, Ley N° 26821, ley orgánica para el
aprovechamiento sostenible de los recursos naturales, considera recursos naturales, al suelo, sub suelo y las tierras según su capacidad de uso mayor: agrícolas, pecuarias, pecuaria, forestales y de protección.
5
Según la legislación peruana, Ley N° 27308 Aprobado por decreto supremo N° 014 -2001-AG, Establece que las tierras se clasifican según su capacidad de uso mayor, de acuerdo al reglamento aprobado por decreto supremo refrendado por el ministerio de agricultura. 2.2.
Respirómetro Un respirómetro es un instrumento que consiste en un pequeño
reactor biológico que sirve para medir velocidades de respiración aerobia de una población microbiana en unas determinadas condiciones. El Respirómetro determina la cantidad de oxigeno consumida por unidad
de tiempo y de
volumen (CARMONA, et al., 2004). 2.3.
Plan De Muestreo
Para la realización de cualquier tipo de muestreo, previamente se debe elaborar un plan de muestreo que contenga la información y programación relacionada con los objetivos del muestreo (EL MINAM 2014 PARA MUESTEREO DE SUELOS).
2.3.1. Tipos de Muestreo a). Muestreo de Identificación (MI) En el muestreo de identificación, no se dispone de datos precisos sobre la concentración de compuestos contaminantes en un suelo, sin embargo, para contar con un límite de confianza aceptable, es pertinente realizar un número mínimo de puntos de muestreo (EL MINAM 2014 PARA MUESTEREO DE SUELOS).
6
2.4.
Técnicas de muestreo 2.4.1.
Para muestras superficiales Para la toma de muestras superficiales (hasta una profundidad de
aproximadamente un metro) se pueden aplicar sondeos manuales. Este sistema es relativamente fácil, rápido de usar y de bajo costo, siendo poca la cantidad de suelo que se puede extraer con esta técnica, será necesario obtener muestras compuestas de varios sondeos. Otras técnicas alternativas para la toma de muestras superficiales pueden ser hoyos o zanjas. En este tipo de muestras es permisible tomar muestras compuestas. La toma de muestras superficiales no es aplicable para la determinación de sustancias orgánica volátiles. Grandes volúmenes de muestras (p.e. extraído de zanjas) requieren someterlas a partición, para reducirlas y obtener una muestra compuesta representativa. Para esto se recomienda cuartear la muestra mezclada y repetir el proceso hasta que llegue a la cantidad de material necesario (EL MINAM 2014 PARA MUESTEREO DE SUELOS).
Figura 1. Muestreo Superficial en el Método del Cuarteo. Se recomienda en particular la toma de muestras superficiales compuestas para la evaluación de riesgos a la salud humana (pero Cuando se tiene un contacto directo) o para la flora y fauna. En estos casos se recomienda
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un muestreo bidimensional, es decir, la toma de sub-muestras (10–25 unidades) en un área y una capa determinada y unir las sub-muestras individuales en una muestra compuesta (EL MINAM 2014 PARA MUESTEREO DE SUELOS).
Cuadro 1. Muestreo de mediciones Uso del suelo Suelo Agrícola Suelo Residencial/Parques Suelo Comercial/Industrial/Extractivo
Profundidad del muestreo (capas) 0 – 30 cm (1) 30 – 60 cm 0 – 10 cm (2) 10 – 30 cm (3) 0 – 10 cm (2)
Fuente: (Ministerio del Ambiente, 2014)
En casos que se tenga un enlozado, se deberá tomar muestras del suelo que se encuentra por debajo del enlozado De acuerdo a los parámetros a analizar se seleccionará el material del instrumento muestreado, recomendándose el uso de acero inoxidable o plástico, evitando el empleo de elementos cromados, pintados o con otro tratamiento de superficie. Limpie cuidadosamente el área a muestrear de cualquier desecho o escombro superficial (ramas, piedras, residuos, etc.). Cuando éste es abundante se aconseja quitar los primeros cm en un área de 15 cm de radio (EL MINAM 2014 PARA MUESTEREO DE SUELOS).
2.5.
Actividad Respiratoria (AT4) Según BINNER et al., (1999) este test consiste en una prueba
aeróbica para evaluar la reactividad del residuo, considerando el consumo de oxígeno momentáneo y la generación de dióxido de carbono por unidad de
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tiempo, permitiendo así, estimar como progresa la degradación aeróbica de los residuos y la actividad de los microorganismos en el tiempo.
2.6.
Respirometria en suelos Es la medición e interpretación de la actividad respiratoria que
permite evaluar indirectamente la degradación de una sustancia en donde se evalúa el consumo de O2 y la producción de CO2 (Gernaey et al., 2001; citado por AHUMADA y GÓMEZ, 2009). En estudios de suelos, la respirometria es uno de los métodos más usuales para evaluar la actividad microbiana, ya que permite inferir sobre el metabolismo activo de los microorganismos sobre el contaminante (Critter et al., 2004; citado por AHUMADA y GÓMEZ, 2009). Diversos estudios reportan el uso de la respirometria en procesos de biorremediacion destacando la rapidez, lo fácil del montaje, la evaluación de diferentes tratamientos antes de su aplicación en campo y además se puede determinar el impacto de un contaminante sobre los microorganismos del suelo (Gernaey et al, 2001, Orupol et al 2001; Critter et al., 2004. Wu et al., 2004, kijchavengkul et al ,2006; citado por AHUMADA y GÓMEZ, 2009).
2.6.1. Evaluación del Consumo de oxigeno
El O2 a la vez aceptan electrones es el más utilizado por los microorganismos, ya que proporciona mayor rendimiento en la síntesis de ATP, gracias a la liberación de hidrogeniones generados por la transferencia de electrones que a su vez generan un gradiente electroquímico (Eweis et al., 1999; Madigan et al., 2000; citado por AHUMADA y GÓMEZ, 2009).
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2.6.2. Evaluación de la producción de dióxido de carbono Otro parámetro relacionado con los procesos de respiración y que sirve para evaluar la degradación efectiva por parte de los microorganismos, es la producción de CO2, el cual se genera como subproducto de la oxidación de los HC, S (Germaey et al., 2001; Critter et al., 2004; citados por AHUMADA y GÓMEZ, 2009), de igual forma, en las guías recomendadas para la evaluación de biodegradación de compuestos químicos por parte de la organización de economía para la cooperación y desarrollo (OECD), afirman que la medición de la producción de CO2 es considerada como uno de los parámetros más efectivos y confiables para evaluar la actividad microbiana (AHUMADA y GÓMEZ, 2009).
2.7.
pH
El pH se define como el logaritmo de la inversa de la concentración de iones de hidrogeno, una solución con pH menor de 7 será ácida, si el pH es superior de 7 recibe el nombre de básica, un pH igual a 7 corresponde a la neutralidad. La importancia de medir el pH de un suelo radica en la disponibilidad de los nutrientes del suelo por parte de las plantas para absorberlos, ya que muchos nutrientes tienen la máxima solubilidad a pH de 6 – 7 decreciendo por encima y por debajo de tal rango.
El pH del suelo es medido por lo general potenciométricamente en el sobrenadante en equilibrio con la suspensión del suelo los valores de pH
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dependen de las características del suelo la concentración de CO2 disuelto y el contenido de humedad al cual se realiza la medición (CANO, 2011).
2.8.
Conductividad Eléctrica (CE) La medida de la conductividad eléctrica (CE), junto con la de pH,
son básicas en el análisis de suelos y aguas, puestos que de ellas se deducen muchas de las características del agua de riego y del suelo de cultivo, tales como las siguientes:
a) Concentración de sales. b) Alcalinidad o acidez (reacción). c) Aproximadamente el tipo de sales. d) Fertilizantes más apropiados. e) Cuando la CE es muy alta, ¿cuál será la velocidad de infiltración aproximada del agua en el suelo?. f) Cuando la CE es muy alta, la probable necesidad de recuperación del suelo.
2.9.
Humedad La humedad del suelo también ejerce una influencia importante en
la acumulación de materia orgánica en los suelos. En condiciones comparables, el contenido materia orgánica de los suelos aumenta a medida que crece la humedad efectiva. Sin embargo, al establecer esta correlación con la precipitación, se debe recordar que el nivel de materia orgánica, en cualquier suelo, está influenciado tanto por la temperatura como por la
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humedad y también por otros factores. Donde la temperatura media anual es alta y la precipitación es baja, es donde se encuentran los niveles naturales más bajos de materia orgánica y las mayores dificultades para mantenerlos. Estas relaciones son de extrema importancia para la productividad y conservación de los suelos y para la dificultad relativa de manejar en forma sustentable el recurso natural suelo.
2.10. La Materia Orgánica
La materia orgánica, considerada como una mezcla compleja y variada de sustancias orgánicas, desempeña un importante papel en los suelos agrícolas. A pesar de que la misma constituye solo una pequeña fracción de la mayoría de los suelos, es un componente dinámico que ejerce una influencia dominante en muchas propiedades y procesos del suelo. Frecuentemente un efecto lleva a otro, de modo que de la adición de materia orgánica a los suelos, resulta una cadena compleja de múltiples beneficios.
2.11. Densidad Aparente La densidad aparente se define como la masa de suelo por unidad de volumen (g. cm-3 o t. m-3). Describe la compactación del suelo, representando la relación entre sólidos y espacio poroso (Keller y Håkansson, 2010; citado por TABOADA y ALVAREZ, 2008). Es una forma de evaluar la resistencia del suelo a la elongación de las raíces. También se usa para convertir datos expresados en concentraciones a masa o volumen, cálculos muy utilizados en fertilidad y fertilización de cultivos extensivos. La densidad
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aparente varía con la textura del suelo y el contenido de materia orgánica; puede variar estacionalmente por efecto de labranzas y con la humedad del suelo sobre todo en los suelos con arcillas expandentes (TABOADA y ALVAREZ, 2008).
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III.
MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Lugar de ejecución
La presente práctica
pre profesional se llevó acabo en las
instalaciones del Laboratorio de Calidad de Tratamiento de la Contaminación de suelos, está ubicado en las coordenadas UTM (E: 390673 m. y N: 8970255 m.); a una altitud de 668 m.s.n.m dentro del empalme hoja 19-k de la Carta Nacional de la Universidad Nacional Agraria de la Selva, políticamente se encuentra
ubicada en la ciudad de Tingo María, distrito de Rupa Rupa,
provincia de Leoncio Prado, Región Huánuco.
Universidad Nacional Agraria de la Selva – Tingo María-Laboratorio De calidad tratamientos de la contaminación de suelos
Figura 2. Mapa de ubicación.
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3.2.
Aspectos ambientales Ecológicamente de acuerdo a la clasificación de zonas de vida o
formaciones vegetales del mundo y el diagrama bioclimático de HOLDRIDGE (1982), Tingo María se encuentra en la formación vegetal bosque muy húmedo Pre-montano Tropical bmh-PT, y de acuerdo a las regiones naturales del Perú corresponde a Rupa Rupa o Selva Alta. Hidrográficamente pertenece a la cuenca del río Huallaga; el comportamiento climático es variable, con una precipitación anual promedio de 3328.9 mm. Las mayores precipitaciones se producen entre los meses de septiembre a abril y alcanza un máximo extremo en el mes de febrero con un promedio mensual de 608.4 mm. En los últimos años se han registrado los siguientes datos climatológicos relacionados con el proyecto (Estación meteorológica José Abelardo Quiñones, 2010): -
Temperatura máxima
: 30,70 º C
-
Temperatura mínima
: 18,90 º C
-
Temperatura promedio
: 24,90 º C
-
Humedad relativa promedio
: 86 %
-
Velocidad del viento máxima
: 22,2 m/s
3.3. Materiales 3.3.1.
Materiales Costales, palas, tubos, muestra de suelo, frasco de vidrio, manguera de silicona, cinta, Teflón, bureta, matraz, vasos precipitado de vidrio, varilla de vidrio, crisoles de porcelana, pinzas de metal, espátulas, silicona y aplicador, cinta métrica, tijera.
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3.3.2. Reactivos Cloruro de sodio (NaCl), hidróxido de sodio 0,1N, ácido clorhídrico 0,1N, fenolftaleína al 0,1N, dicromato de potasio 1N, ácido sulfúrico concentrado, solución de sulfato ferroso 0.5 N, agua destilada 3.3.3. Equipos GPS Garmin modelo 76, estufa, balanza analítica, estufa, mufla, pH-metro, Conductímetro, cocina eléctrica, baño maría, bomba o Motor De Oxigeno Aire Pecera Acuario Boyu S500a.
3.4.
Metodología A continuación se describen los métodos y metodologías utilizadas
para cada uno de los procesos que se realizaron: a) Tomas de muestras Las muestras tomadas fueron de las siguientes áreas bosque agrícola (Facultad de Agronomía) y el área de bosque boscoso (BRUNAS) que fueron llevadas al Laboratorio de Calidad de Tratamiento de Contaminación de Suelo de la Universidad Nacional Agraria de la Selva, según las coordenadas se ubican (ver Cuadro 2).
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Cuadro 2. Coordenadas
geográficas
donde
se
realizó
el
trabajo
de
investigación. Coordenadas geográficas Lugar de muestreo
Altitud
E
N
(m.s.n.m.)
Suelo agrícola
390658
8969665
676
Suelo boscoso
391043
8970181
740
Fuente: Elaboración propia (Datos de campo, 2015).
3.4.1. Parámetros físicos del suelo: como pH, conductividad, humedad, materia seca, densidad aparente. a) Determinación de pH y conductividad eléctrica En un vaso de precipitación se pesó 10 g de la muestra, se agregó 100 ml. de agua destilada y se agitó la muestra con la ayuda de una varilla de vidrio. Luego, se filtró la solución y se separó en vasos de precipitación. Finalmente, se introduce los electrodos del pH-metro y el Conductímetro en la muestras, en vasos de precipitación diferentes. b) Determinación del contenido de humedad y materia seca : Estos parámetros se han determinado según el procedimiento descrito por la US Department of Agriculture and Council en el 2001 (BARRENA, 2006). Se determinó por triplicado en materiales heterogéneos, o por duplicado en el caso de materiales más homogéneos según el procedimiento que se detalla a continuación:
-
Se pesó en un crisol de porcelana previamente tarado (T) en una balanza de precisión (± 0.0001 g) la muestra húmeda (P0).
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-
Se secó la muestra en la estufa a 105°C al menos 18 horas, hasta que su peso sea constante. Sacar la muestra de la estufa, dejar enfriar en el desecador y pesar (Pf).
-
Se determinó el porcentaje en humedad (%H) y el porcentaje en materia seca (%MS) según las ecuaciones respectivamente.
c) Densidad Aparente Se utilizó el método de la probeta en el suelo seco al aire, molido y tamizado con malla de 2 mm, y luego se coloca una masa de suelo de 50 gramos en una probeta de 100 mL y luego de una serie de golpes se vuelve a pesar. Todas estas determinaciones corrigen la masa del suelo según la humedad de la muestra (SAENZ, et al., 2008).
3.4.2. El componente orgánico del suelo a través de la Materia Orgánica y Carbono Orgánico Total.
A) Parámetros químicos Carbono orgánico total
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De acuerdo el contenido de carbono orgánico para estimar la relación de C/N se determinará a través del método de Walkley Black a) Se pesó 0.50 ±0.01 g de muestra en un Erlenmeyer. b) Con un dispensador se añadió 10.00 ml de la solución de dicromato de potasio 1 N, agitar manualmente. c) Luego con mucho cuidado se añadió 10 ml de ácido sulfúrico y agite manualmente por un tiempo de un minuto. d) Se observó si se ha obtenido un color pardo, de no obtener el color pardo y la coloración obtenida es verdusca (indicador de mayor contenido de m.o), agregamos 10 ml más de dicromato de potasio 1N. e) Se dejó la mezcla en reposo a temperatura ambiente por 30 minutos. f) Se enrazó a 100 ml con agua destilada y dejar reposar por un espacio de 2 h. g) se tomó 10 ml de esta solución en un vaso de precipitado y agregar de 2 a 3 gotas del indicador
di-fenilamina
sulfúrica. h) Se tituló con la solución de sulfato ferroso 0.5 N. El cambio de color verde oscuro a verde brillante indicará el final de la titulación, anotar el gasto de la solución de la sal de Morh. i) Paralelamente se realizar un blanco (sin muestra).
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B) Materia orgánica - El carbono orgánico total se calculó asumiendo que bajo las condiciones de método hay una oxidación promedio del 75% del mismo: 100/75 = 1.333 ;y que la materia orgánica del suelo posee un 58% del carbono 100/58 = 1,724 por vía de titulación: %CO - %CO = porcentaje de carbón orgánico - N1 = normalidad del K2 Cr2O7 - V1¨=ml de K2Cr2O7 - N2= normalidad del Fe (NH4)2.6H2O - T= volumen de sulfato ferroso amoniacal gastado en la titulación Como se expresan los valores en % de materia orgánica MO= %CO x 1.724 3.4.3. Determinar la reactividad del suelo mediante test AT4 Mediante este test se registró el consumo de O2 a partir de la medición diaria del CO2 producido y que es atrapado en un sistema que cuenta con una solución de Hidróxido de sodio que permite fijar el mismo y por cada mezcla, se prepararon dos muestras de 100 gramos cada una y en Cada muestra se colocó en vasos de vidrio herméticos y serán saturadas con agua. en los envases de vidrio y se conectó mediante mangueras a otros envases colectores de CO2 llenos con una solución de NaOH de 4g y Las muestras fueron aireadas con oxígeno cuatro días durante 24 hr aproximadamente, durante los cuatro días que dura el procedimiento. Se tomó una alícuota de 10
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mililitros de solución de NaOH 4g con el CO2 disuelto y Se adicionaron a la solución cinco gotas de indicador de neutralización (fenolftaleína al 0.1%) y Se tituló con HCl 0.1 N. La titulación de las muestras y se realizará cuatro días. Asimismo, se prepararon y se tituló el blanco (NaOH).y la densidad HCl 1.18 gr/ml y la diferencia entre los mililitros de la titulación de la muestra con el resultado del blanco representa el volumen de CO2 producido. Para convertir los mililitros de CO2 a miligramos de CO2 se tomó como referencia y se tiene que 1000 miligramos de CO2 equivale a 546 mililitros de CO2.
Figura 3. Equipo de Tés de actividad respiratoria AT4.
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IV. 4.1.
RESULTADOS
Los parámetros físicos del suelo: como pH, conductividad, humedad, materia seca, densidad aparente. 4.1.1. Datos obtenidos de la evaluación del pH y conductividad eléctrica Las variaciones de los niveles de pH para el suelo agrícola y
boscoso no presento una variación notoria, como se muestra en el Cuadro 3 y Figura 4. Cuadro 3.
Mediciones de Muestreo.
Muestra Suelo agrícola
C.E. 1406 uS/cm
pH 5.8
Suelo boscoso
1415 uS/cm
4.6
Fuente: Elaboración propia.
7 6 5
pH
4 3
Suelo agricola
2
Suelo Boscoso
1 0 1
Repeticiones Figura 4. Mediciones de Muestras de pH.
22
En los suelos se mide la conductividad eléctrica. No presento una variación notoria, las unidades se llaman milimhos/cm. (mmhos/cm.) o micromhos/cm como se muestra en la Figura 5.
1416 1414
Conductividad
1412 1410 1408 Suelo agricola 1406
Suelo Boscoso
1404 1402 1400 1
Repeticiones Figura 5. Mediciones de Muestras de conductividad eléctrica. 4.1.2. Datos obtenidos del porcentaje de humedad y Materia Seca Las variaciones de los niveles de la Evaluación del porcentaje de humedad y Materia Seca del suelo agrícola y suelo boscoso en el Cuadro 4.
Cuadro 4.
Porcentaje del contenido de humedad y materia seca.
Muestra de suelo De suelo agrícola De suelo boscoso Fuente: Elaboración propia
Promedio 1 2 1 2
% Humedad 81.0 66.6 77.2 64.8
%Materia seca 19.0 33.4 22.8 35.2
23
La humedad de las muestras analizadas, que se muestra en la figura 6, indica mayor humedad en el suelo agrícola que el suelo boscoso.
90.0 80.0
Humedad
70.0 60.0 50.0 de suelo agricola
40.0
de suelo boscoso
30.0 20.0 10.0 0.0
Repeticiones Figura 6. Porcentaje de humedad de suelos: agrícolas y boscosos.
La materia seca de las muestras analizadas, que se nuestra en la Figura 7, indica que hubo una mayor proporción de materia seca en el suelo boscoso.
40.0
Materia seca
35.0 30.0 25.0 20.0
de suelo agricola
15.0
de suelo boscoso
10.0 5.0 0.0
Repeticiones Figura 7. Porcentaje de Materia seca.
24
4.1.3. Datos obtenidos de Densidad aparente La densidad aparente de las muestras analizadas, que se muestra en el Cuadro 5 indica mayor proporción en el suelo agrícolas y menor proporción en el suelo boscosos. Cuadro 5.
Porcentaje del contenido de densidad aparente Promedio
Densidad aparente (g/cm-3)
De suelo Agrícola
1
1.28
De suelo Boscoso
2
1.15
Muestras
Fuente: Elaboración propia.
1.3
Muestras
1.25
1.2 de suelo agricola 1.15
de suelo boscoso
1.1
1.05 1
Repeticiones Figura 8. Muestras de densidades .
25
4.2.
Determinar el componente orgánico del suelo a través de la Materia Orgánica y Carbono Orgánico Total
El carbono orgánico de las muestras analizadas, que se muestra en el cuadro 6 y figura 9 en la buena estabilidad de texturas finas. Cuadro 6.Porcentaje del contenido de materia orgánica y materia seca. Muestra de suelo promedio De uso agrícola De uso boscoso
1 2 1 2
Carbono (%)
Materia orgánica (%)
2.00 2.10 2.30 2.40
3.45 3.62 3.97 4.14
Fuente: Elaboración propia.
2.50 2.40
Carbono
2.30 2.20 De uso agrícola
2.10
De uso boscoso 2.00 1.90 1.80 1
2
Repeticiones
Figura 9. Porcentaje de carbono.
26
En la materia orgánica de las muestras analizadas, que se muestra en la figura 10 indica menor proporción en el suelo agrícola y mayor proporción en el suelo boscosos de las texturas finas. 4.20
Materia organica
4.00 3.80 3.60
De uso boscoso
3.40
De uso agrícola
3.20 3.00 1
2
Repeticiones Figura 10. Porcentaje de Materia orgánica. 4.3.
Determinar la reactividad aerobia de los suelos agrícolas y suelo
boscosos mediante el test AT4 La reactividad aerobia del suelo Agrícola y suelo Boscoso en la generación del CO2 en el Cuadro 7. Cuadro 7. Monitoreo de gastos generados para el CO2 por los Suelos (boscoso y agrícola). Días Horas 0 1 2 3 4
Horas Acumuladas
0 24 24 24 24
Fuente: Elaboración propia.
0 24 48 72 96
Volumen Gasto(HCL en mg/l) Boscoso 0 35.8 44 42.7 37.7
Agrícola Muestra 1 Muestra 2 0 0 0 32.7 27.7 26.3 27.7 26.5 27.3 29.7 25.8 29.3 30.2 27.8 27.9
27
4.3.1. Evaluación de la reactividad del
Suelo: Agrícolas y
Boscosos del CO2 La Reactividad aerobia contiene más generación CO2 en el suelo Boscoso y Suelo agrícola menos generación CO2 en la Figura 11. Cuadro 8. Monitoreo de generación del CO2 de los suelos (agrícola y boscoso). Días Horas Horas acumuladas 0 1 2 3 4
0 24 24 24 24
0 24 48 72 96
Boscoso 0 1.5752 1.9360 1.8788 1.6588
CO2(mg/l) Agrícola Área 1 0 0 1.4388 1.2188 1.2188 1.1660 1.3068 1.1352 1.3288 1.1352
Área 2 0 1.1572 1.2012 1.2892 1.2892
Fuente: Elaboración propia.
Cuadro 9. Monitoreo acumulado de CO2 del suelo boscoso.
1 2 3 4 5
Dato(mg/l) 0 0.3564 0.7700 0.7436 0.5236
Suelo boscoso Acumulación(mg/l) 0 0.3564 1.1264 1.8700 2.3936
Tiempo(hr) 0 24 48 72 96
Fuente: Elaboración propia
Cuadro 10. Monitorio acumulado de CO2 del suelo agrícola.
1 2 3 4 5
Dato(mg/l) 0 0.2816 0.0176 0.0176 0.0396
Fuente: Elaboración propia.
Suelo agrícola Acumulación(mg/l) 0 0.2816 0.2992 0.3168 0.3564
Tiempo(hr) 0 24 48 72 96
28
3 2.5
co2 mg
2 1.5 suelo agricola 1
suelo boscoso
0.5 0 0 -0.5
50
100
150
tiempo (horas)
Figura 11. Relación del mg CO2 /grS en función del tiempo (días) 4.3.2. Evaluar la reactividad del Suelo: agrícolas y boscosos del O2
La reactividad aerobia en consumo de O2 en mayor en el suelo boscoso y menor O2 en el suelo agrícola en la Figura 12.
29
Cuadro 11. Monitoreo acumulado de O2. En el suelo boscosos
1 2 3 4 5
Suelo boscoso Acumulación(mg/l) 0 0.26 0.82 1.36 1.74
Dato(mg/l) 0 0.26 0.56 0.54 0.38
Tiempo(hr) 0 24 48 72 96
Fuente: Elaboración propia
Cuadro 12. Monitoreo acumulado de O2. En el suelo agrícola. Suelo agrícola Acumulación(mg/l) 0 0.20 0.22 0.23 0.26
Dato(mg/l) 0 0.20 0.01 0.01 0.03
1 2 3 4 5
Tiempo(hr) 0 24 48 72 96
Fuente: Elaboración propia.
2
1.5
02 mg
1 suelo agricola suelo boscoso
0.5
0 0 -0.5
50
100
150
tiempo (horas)
Figura 12. Relación del mg O2 acumulado/grS en función del tiempo (días).
30
V.
DISCUSIÓN
5.1. Parámetros físicos del suelo
Según CANO, et al., (2011), la importancia de medir el pH de un suelo radica en la disponibilidad de los nutrientes del suelo por parte de las plantas para absorberlos, ya que muchos nutrientes tienen la máxima solubilidad a pH de 6 – 7 decreciendo por encima y por debajo de tal rango, al respecto el cuadro 3 nos Muestra los resultados de pH, obteniendo para el suelo agrícola (Facultad de Agronomía: cacao, plátano, noni) su lectura fue considerado 5.8 y fue clasificado como medianamente ácido y el suelo boscoso (Brunas: especies forestales) su lectura fue considerado y fue clasificado como 4.6 Muy fuertemente ácido con menores minerales, De acuerdo a USDA (1999), la disponibilidad de los nutrientes se ve afectada por cambios en la solubilidad de los minerales del suelo. La mayor parte de los minerales son más solubles en suelos ácidos que en suelos neutros o ligeramente básicos.
La conductividad eléctrica es la medida es la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica, el valor será más alto cuanto más fácil se mueve la corriente a través del mismo. Esto significa que a mayor CE, mayor es la concentración de sales Según BARBARO, et al., (2014), dicho parámetro evaluado en el Cuadro 3 los valores de 1406 uS/cm para el suelo
31
agrícola (Facultad de Agronomía) y 1415 uS/cm para el suelo boscoso (Brunas) de acuerdo a los resultados muestreado queda clasificado como no salino. Por lo que el efecto a las plantas por salinidad es casi nulo y Por tanto el suelo es apto para introducir todo tipo de cultivo. La infiltración en el cuadro 4 suelo agrícola (Facultad de Agronomía:) fue considerado 81.0% y 66.6% y en el suelo boscoso (BRUNAS) fue considerado 77.2% y 64.8% con respecto al clima y la estación Según USDA, et al., (1999), manifiesta que el contenido inicial de agua en el suelo, al momento de la medición, afecta la capacidad del suelo de absorber agua adicional. Por esto la velocidad de infiltración es mayor cuando el suelo está seco que cuando está húmedo. Este factor es importante al comparar las mediciones de infiltración de suelos diferentes. Los suelos deberían tener un contenido de humedad similar cuando realizan las mediciones. AOKI Y SERENO (2006) menciona que si una gran parte de los poros del suelo ya se encuentran saturados, la capacidad de infiltración será menor que si la humedad del suelo es relativamente baja. Los valores bajos de densidad aparente son propios de suelos porosos, bien aireados, con buen drenaje y buena penetración de raíces, lo que permite un buen desarrollo de las raíces, Los valores altos de densidad aparente son propios de suelos compactos y poco porosos, con aireación deficiente e infiltración lenta del agua, lo cual puede provocar anegamiento, anoxia y que las raíces tengan dificultades para alongarse y penetrar hasta alcanzar el agua y los nutrientes necesarios. En estas condiciones, el desarrollo
y
crecimiento
de
las
plantas
es
impedido
o
retardado
32
consistentemente (Donoso, 1992; Según RUBIO, et al., 2010), en el cuadro 5 se muestra del suelo agrícola (Facultad de Agronomía) de 1.28 gr hay mayor porosidad con la elongación de las raíces y la muestra del suelo boscoso (BRUNAS) de 1.15 gr hay menor porosidad con la elongación de las raíces.
5.2.
Materia Orgánica y Carbono Orgánico Total El porcentaje de materia orgánica del suelo (Cuadro 6), nos
muestra que en el suelo agrícola (Facultad de Agronomía) el promedio de materia orgánica fue (3,45%y 3.62%) y en el suelo boscoso (Brunas) el promedio de materia orgánica fue (3.97%y 4.14%), Esto se debe al clima cálido y a la actividad del hombre. Según GARCIA (2003), los elementos orgánicos contenidos en el suelo están constituidos de una manera natural por restos vegetales y animales, Los datos para la clasificación se representan como sigue: de 1 - 2% de materia orgánica contenido bajo, 2 – 4% contenido normal y de 4% a más suelo orgánico. Según SILVA (2000), los suelos de las zonas de climas cálidos y aquellos intervenidos por el hombre generalmente tienen contenidos bajos de materia orgánica.
En general el nivel de materia orgánica de suelo está muy ligada al tipo de suelo y a su material parental y constitución mineral, al clima y condiciones ambientales en el caso de suelos vírgenes o sin cultivar, en el caso de suelos de uso agrícola y/o forestal, esos niveles se van modificando de acuerdo al uso y manejo de ellos, estas prácticas sobre los suelos además influyen en la agregación de éstos, y por tanto en su estructura. Según (CORBELLA y FERNÁNDEZ, 2008) Al respecto el Cuadro 11. del carbono de
33
acuerdo a los resultados muestreado suelo agrícola (Facultad de Agronomía) el promedio de materia orgánica fue (3,45%y 3.62%) y en el suelo boscoso (Brunas) el promedio de materia orgánica fue (3.97%y 4.14%),que es baja en las repeticiones en el suelo y en la materia orgánica es rico porque La materia orgánica que contiene el suelo procede tanto de la descomposición de los seres vivos que mueren sobre ella, como de la actividad biológica de los organismos
vivos
que
contiene:
lombrices,
insectos
de
todo
tipo,
microorganismos.
5.3. Reactividad del Suelo Agrícola, suelo Boscoso Según BINNER et al., (1999), este test consiste en una prueba aeróbica para evaluar la reactividad del residuo y considerando el consumo de oxígeno momentáneo y la generación de dióxido de carbono por unidad de tiempo, permitiendo así, estimar como progresa la degradación aeróbica de los residuos y la actividad de los microorganismos en el tiempo. En comparación con los resultados obtenidos en la figura 11 para el suelo boscoso (Brunas) hay más generación de CO2 por que el suelo no ha sido reutilizado y para el suelo agrícola (Facultad de Agronomía) hay menos generación de CO2 por la reutilización del suelo. En la figura 12 del suelo boscoso (Brunas) hay más consumo de oxigeno por las macro fauna y micro fauna que hay en la naturaleza y para el suelo agrícola hay menos consumo de oxigeno por la reutilización del suelo por parte del hombre.
34
VI.
CONCLUSIONES
1. El parámetro físico en la mayor disponibilidad de nutrientes de pH y conductividad con los datos aceptables para poder cultivar en los suelos agrícolas y suelos boscosos. 2. El contenido de materia orgánica fue mayor en el suelo boscoso y menor en el suelo agrícola de tipo suelo rico respecto al suelo. 3. Hubo mayor reactividad en la muestra de suelo boscoso (BRUNAS) por la generación del CO2 y el consumo de O2 por la presencia de microorganismos.
35
VII.
RECOMENDACIONES
Con fines de complementar el presente trabajo, se recomienda lo Siguiente: Se recomienda la evaluación constante del equipo por cada dos horas para el correspondiente monitoreo de datos. Se recomienda controlar el pH y humedad durante el desarrollo del test de reactividad AT4 de los suelos.
Realizar un análisis de caracterización del biogás hallado en los test, para determinar el porcentaje de contenido de metano.
Medir factores que puedan afectar la degradación del fenol, como temperatura dentro de los microcosmos.
36
VIII.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
ABURTO, G. F. 2007. Evaluación de sustratos obtenidos a partir de la mezcla de un residuo orgánico biprocesador con materiales comunes para la preparación de palto. Ed. Por la Universidad de Chile. Santiago, Chile. 56 Pp. AHUMADA, M. P. y GÓMEZ, R. K. 2009. Evaluación y selección de bacterias degradadas de fenol por respirometria. Ed. Por la Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de ciencias. Bogotá – Colombia.20 – 23 Pp. BINNER E., ZACH A., LECHNER P. 1999a. Laboratory Tests Describing the Biological Reactivity of Pretreated Residual Wastes. Universität für Bodenkultur, Department Of Waste Management. BARRENA, R. 2006. Compostaje de residuos sólidos orgánicos. Aplicación de técnicas respirométricas en el seguimiento del proceso. Ed. Por la Universidad Autónoma de Barcelona. Departamento de Ingeniería Química. Barcelona – España. 28 Pp. BARBARO, L. A.; KARLANIAN, M. A.; MATA, D. A. 2014. Importancia del pH y la conductividad eléctrica (CE) en los sustratos para plantas. Ed. por el Ministerio de agricultura y ganadería y pesca. Instituto de floricultura, Argentina – Buenos Aires. 7 Pp. CANO, A. s. f. Manual de prácticas de la materia de edafología. Ed. Por el gobierno del estado de Chiapas. Chiapas – México. 41. Pp.
37
CARMONA, J. F.; VASQUEZ, J. F.; MARTIN, A.; CHICA, A. 2004. Diseño y Construcción de un Respirómetro. Ed por la Universidad de Córdoba. Área de Ingeniería de Sistemas y Automática y Área de Ingeniería Química. Córdoba, Argentina. Pp 11. CÉSPEDES, C. A. 2008. Efectos en actividad respiratoria componentes de la mo de los suelos orgánicos provocados por diferente rotación de cultivo y adición de compost. Ed. Por la Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas. Tesis para optar el título de ingeniero de alimentos. Pp. 12 – 14. CORBELLA, R. y FERNÁNDEZ, U. F. 2008. Materia orgánica del suelo. Ed. Por la Universidad Nacional de Tucumán. Facultad agronomía y zootecnia. Tucumán – Colombia. Pp. 3. EMJAQ. 2010. Registro de Temperatura, Humedad, Precipitación y Velocidad del viento de la ciudad de Tingo María. Estación meteorológica José Abelardo Quiñones (EMJAQ). Universidad Nacional Agraria de la Selva. FRANCISCO, J. C.; VASQUEZ, F, J.; ANTONIO, M.; ARTURO, C. 2004. Diseño y construcción de un respirómetro. Universidad de Córdova. Córdova, Argentina. 11 Pp. MATHUR, P. 1991. Composting processes, pp.147-183. En A.M. Martin (Eds), Bioconversionof waste materials to industrial products. Elsevier Science Publishers, EssexIG118JU, England. MINISTERIO DEL AMBIENTE - MINAM. 2014. Guía para muestreo de suelos. Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo. Decreto supremo N° 002-2013-MINAM. Lima – Perú. MORENO Y MORALES. 2008. Estudio del proceso de compostaje de los lodos producidos en la operación de pelambre en la industria del curtido de pieles. Grupo de Investigación en Residuos y Procesos Biológicos. Universidad Nacional de Colombia. Colombia.
38
LABRADOR, J.1996. La materia orgánica en los agros sistemas. P.115-124. En Mundo-Prensa, Madrid, España ROJAS, J. M. 2010. Densidad aparente. Ed. Por el Centro Regional Chaco Formosa. Estación Experimental Agropecuaria Sáenz Peña. Chaco – Argentina. 3 Pp. RUBIO, G. M. 2010. La densidad aparente en suelos forestales del parque natural los alcornocales.Ed. Por la Universidad de Sevilla, España. 22 pp. SILVA, A. 2000. La materia orgánica del suelo. Notas. Técnicas Nº 16. Facultad de Agronomía. Uruguay. 1992. TORRES, S. J. 2010. Diseño y construcción de un prototipo automático para preparar composta. Centro Nacional de investigación y desarrollo tecnológico. Cuernavaca, México. 140. .
39
IX.
ANEXOS
40
Figura 13.Muestras de suelos en el Fundo de Agronomía.
Figura 14. Muestras de suelos en el Brunas (Boscosos).
41
Figura 15: Puntos con GPS (Equipamiento).
Figura 16: Puntos con GPS (Equipamiento).
42
Figura 17: Muestras de suelo boscosos y suelo agrícolas.
Figura 18: Realizando el proceso de cernido de los suelos.
43
Figura 19: Agitación de muestras de suelos.
Figura 20: Pesar el suelo para la humedad.
44
Figura 21: Puño para la Reactividad a 100gramos.
Figura 22: Introducir para los frascos puño para la humedad de suelo a 100 gramos.
45
Figura 23: Funcionamiento del tés AT4.
Figura 24: gotas de fenolftaleína
46
Figura 25: Agitamiento con los reactivos ácido clorhídrico.
Figura 26: Método de goteo en los gastos.
47
Figura 27: Muestras de suelo agrícola.
Figura 28: Muestras de suelo boscoso.
48
Figura 29: Método de la probeta.
Figura 30: Mapa de muestreo de los suelos Boscosos y Agrícolas.