Determinación de Sustancias Húmicas en compost comercial. SH, el fertilizante natural de los suelos.

Hola amigos de stem-español.

El día de hoy vengo a compartir con ustedes el más reciente trabajo que hemos realizado en el laboratorio de productos naturales de la UCV. En este se nos pidió que realizáramos una determinación de sustancias húmicas en un compost comercial, en dicho análisis mi persona junto con mis compañeros de estudio y profesores estuvimos trabajando gran parte de nuestras vacaciones y después de mucho tiempo, esfuerzo y arduo trabajo vengo a compartir con ustedes nuestros frutos cosechados.

Marco teórico

Las sustancias húmicas (SH) son especies químicas presentes en los suelos generadas como el producto de la heteropolicondensacion y oxidación enzimática de Ligninas, taninos, proteínas, lípidos ,carbohidratos y demás materiales orgánicos de origen biológico presentes en los suelos.

Producto de estas reacciones las SH constan de una estructura macromolécular sumamente compleja la cual no se ha sido elucidada por completo, sin embargo, se ha logrado caracterizar y determinar que estas cuentan con moléculas multifuncionales como cadenas alifáticas, anillos aromáticos polisutituido y diversos grupos funcionales, entre los que encontramos principalmente grupos carboxílicos (–COOH), carbonilos (C=O), hidroxilos (–OH) metoxi (–OCH3), además de otros en menores cantidades como los éteres (–O–), aldehídos(–CHO) y aminas primarias (– NH2), secundarias (R2NH) y terciaras (R3N).

La importancia de las sustancias húmicas en los suelos reside en que estas contribuyen al mejoramiento de la actividad microbiana en estos, que tiene como consecuencia un mejoramiento en las condiciones para la iniciación y crecimiento de raíces de las plantas, es decir, estas son estimuladores del crecimiento de las plantas. Además las SH son portadoras de Fertilizantes foliares, oligoelementos y otros nutrientes fundamentales que permiten el crecimiento idóneo de las plantas.

Así las SH se clasifican en tres tipos o fracciones distintas, las Húminas (HU), Ácidos Húmicos (AH) y los Ácidos Fúlvicos (AF). Dicha clasificación viene dada de los procesos de biogeoquímicos de descomposición de la materia orgánica que generan la formación de fracciones de especies con características ácido-base y solubilidad totalmente distintas.

• Las húminas son las primeras especies en formarse , constan de un alto peso molecular y son insolubles tanto en medio básico como ácido.

• Las húminas eventualmente se degradan en AH, los cuales son solubles en disoluciones alcalinas e insolubles en disoluciones ácidas, su peso molecular varía entre los 10.000 y 100.000 aproximadamente. En promedio los AH constan de un 35% de moléculas aromáticas y el resto de los componentes en moléculas alifáticas. Los AH suelen formar fácilmente sales con trazas de elementos inorgánicos, lo cual genera que sean tan importante como los sistemas de intercambio de iones y sistemas de metales complejos (quelante).

• Finalmente estos AH se degradan en AF, que son las especies de menor peso molecular, alrededor de 1.000 y 10.000. Además tienen la peculiaridad de ser solubles tanto en medio básico como ácido, esta gran reactividad química se debe principalmente de que estos poseen un contenido de oxígeno dos veces mayor que el de AH,por lo que tienen muchos grupos carboxilos (COOH) e hidroxilos (COH) en su estructura a tal punto que se consideran que son los polímeros que en la naturaleza que poseen mas grupos funcionales de oxigeno.

Estructura propuesta de Sustancia Húmicas.
Fuente:SH

Metodología

En función a las características de solubilidad en medios ácidos y alcalinos de las SH antes mencionadas se acostumbra a realizar la separación de las distintas fracciones bajo la técnica de separación propuestas según la tesis de López A.,R. J(2013) . La cual consiste en la siguiente serie de pasos:

• Se pesaron 100,00±0,00 de muestra de suelos a la cual se le procedió a eliminar la humedad mediante calentamiento una estufa a 60 °C y luego se retiraron las piedra y rompieron agregados.
• Se corroboro la presencia o no de carbonatos en la muestra mediante HCl 0,5 M, obteniéndose un resultado negativo.
• Se añadieron 500 ml de NaOH 0,1M a la muestra y se sometió a agitación durante 24h en atmósfera de N2 (con el fin de evitar la oxidación de los compuestos orgánicos).

Montaje realizado.

• Una vez pasada las 24h, la solución fue separada del sedimento mediante centrifugación. Separando así en la fracción liquida los AH y AF de las Húminas en la fracción solida

Solución AF+ AH, Precipitado Huminas.

• Esta solución remanente cuyo pH oscilaba entre 11-14, se acidifico gota a gota con HCl concentrado hasta alcanzar un pH de entre 1-2, promoviendo así la precipitación de los AH, dejando en reposo durante 24h.
• Por centrifugación fue separada la solución de AF del precipitado de AH.

AF solución, Precipitado AH.

• Posteriormente se procedió a realizar la purificación tanto de las AF como de los AH.

En cuanto a la purificación de los AH, estos fueron disueltos nuevamente en KOH 0,1M y se sometieron a agitación durante 4h en una atmósfera de N2, seguidamente se agregaron 20 mL de solución 0,1 M de cloruro de potasio (KCl) para flocular las arcillas presentes, separándose estas últimas por centrifugación. Posteriormente se precipitaron nuevamente los AH en la solución mediante HCl, por centrifugación se separo los AH precipitados de la solución y finalmente se procedió a liofilizar la fracción AH.

Ácidos Húmicos.

Por otro lado la solución de AF obtenida en el paso 6 fue purificada al ser pasada a través de una columna de absorción aniónica, la cual absorbió las fracción de AF y eluyo las especies iónicas e hidrofilicas difíciles de extraer en la solución acuosa. Seguidamente se elimino los iones Cl- de los AF mediante el paso de abundante agua des-ionizada, para posteriormente eluir los AF mediante paso a través de la columna de una solución NaOH 0,1M.

Derecha columna de intercambio anionica, izquierda columna de intercambio cationica.

La solución AF eluida contenía fulvatos como consecuencia del uso NaOH como eluyente, por lo que fue se paso a través de una columna de intercambio catiónico, en la cual fueron absorbido los iones Na+ y se liberaron iones H+ presentes en la resina regenerándose así la fracción AF en solución con un pH de entre 2-3 . Finalmente estos fueron rotavoporados hasta un volumen de 50 ml aprox y posteriormente liofilizados.

Esquema de separación desarrollado a partir de la tesis López A.,R. J. 2013 .
Imagen diseñada por mi persona, mendiante el programa Canva

• Carbonos totales
Se procedió a determinar la cantidad de carbonos totales en las tres fracciones de SH obtenidas mediante el esquema de separación con el fin de corroborar los porcentajes de fracción obtenidos en dicho análisis. Para esto se uso un analizador de carbono marca LECO (modelo C-144), el cual esta fundamentado en el proceso de combustión seca.

• En este procedimiento se pesaron 50 mg de muestra de suelo seco 25 mg tanto de AF como de AH previamente pulverizados en fracciones uniforme y colocados en en botes de combustión de cerámica. Adicionalmente cada una de las fracciones fueron mezclada con Tritóxido de Tungsteno (WO3), con el fin de que actuara como catalizador del proceso de combustión.

Resultados y discusión

Producto de la metodología antes discutida tuvimos como resultado final de nuestras muestras de trabajos los valores presentados obtenidos en la siguiente tabla.

Tabla 1. %P/P de Sustancias Húmicas y en compost comercial.

Nota:El método para la determinación de carbonos no permite la determinación de carbono inorgánico (ejem: carbonatos, etc.

En base a los 6,87 % p/p en sustancias húmicas totales expresados en la Tabla 1, podemos afirmar que, el compost comercial analizado contiene un cantidad considerable de SH pues es de esperase según lo expresado en la literatura que en suelos fértiles y jóvenes se tenga entre un 3 y 6 %p/p de sustancias húmicas.

Además, es importante resaltar que en cuanto a los resultados obtenidos de carbono total en los AH y AF también corresponden con lo esperado, según lo expresado en la literatura, pues es apreciable que el porcentaje de carbonos totales es mucho mayor en los AH que en los AF y que dicha diferencia es alrededor del 10%.

Conclusión

• Como se discutió con anterioridad a lo largo del presente trabajo, las sustancias húmicas representan una base fundamental e importante para un suelo fértil que desembocaran en un crecimiento de plantas óptimo y en un buen estado de salud. Razón por la cual un análisis de estas proporciones es sumamente importante, sobre todo para fines comerciales, pues un alto porcentajes de SH garantizara un producto final de una excelente calidad y un posterior aumento en la producción.

Así amigos no queda más que despedirme de usted no sin antes agradecerles enormemente a todo mi equipo de trabajo y más importante aun a ustedes amigos por su incondicional apoyo y su tiempo invertido al leer mi humilde aporte.

Todas las fotografías han sido tomadas por mi con un iPhone 8.

Referencias

1. Organic matter, humus, humate, humic acid, fulvic acid and humin: their importance in soil fertility and plant health
   Robert EP, Igarss 2014, issue 1 (2014) pp. 1-5

2. López A.,R. J. 2013 Caracterización de Ácidos Húmicos y Fúlvicos presentes en los sedimentos de fondo de la cuenca del Río Tuy. Venezuela. Tesis de grado. Caracas. Universidad Central de Venezuela. Fac. Cienc 136p.