SUELOS ECUATORIALES 48 (1 y 2): 9-15 ISSN 0562-5351
9
BIOACTIVIDAD DE MATERIA ORGANICA HUMIFICADA DE RESIDUOS CARBONOSOS
GENERADOS EN LA ZONA MINERA DEL CARIBE COLOMBIANO
Nelson Osvaldo Valero
1 2
; Liliana Cecilia Gómez
1
; Manuel Pantoja
1
1
Universidad Popular
del Cesar, Grupo de
Investigación en
Microbiología Agrícola
y Ambiental;
2
Universidad de La
Guajira, Facultad de
Ciencias Básicas
nvalerov@uniguajira.e
du.co
Palabras claves:
Ácidos húmicos,
fitoestimulación,
residuos carbonosos.
RESUMEN
La bioactividad de la materia orgánica humificada (MOH) comprende una serie de respuestas en la arquitectura
de la raíz, el metabolismo vegetal y la comunidad microbiana de la rizosfera en plantas tratadas con diferentes
fracciones húmicas; por su parte la minería de carbón a cielo abierto es una actividad que genera subproductos
carbonosos que constituyen una fuete de MOH. En este trabajo se evaluaron parámetros relacionados con la
bioactividad de dos tipos de ácidos húmicos (AH): 1) obtenidos mediante extracción alcalina con NaOH (AH-
NaOH) y 2) obtenidos mediante actividad de bacterias que solubilizan el carbón (AH-BSC), a partir de residuos
carbonosos generados en la zona carbonífera del departamento del Cesar. Para ello se realizó la extracción de
los AH por los dos métodos y se realizaron ensayos para detectar cambios en la proliferación de raíces y la
estimulación de la elongación de coleóptilos en trigo, además de ensayos para evaluar cambios en cantidad
de ADN microbiano y el perfil metabólico (mediante el sistema Biolog- Eco plate
TM
) de la comunidad microbiana
de la rizósfera en plantas de maíz. Se encontró que el tratamiento de plántulas de maíz mediante aspersión foliar
de los dos tipos de AH ocasionó incrementos en la cantidad de ADN microbiano; igualmente los dos tipos de AH
también indujeron cambios en el perfil metabólico de la comunidad microbiana rizosférica; el tratamiento de
coleóptilos de trigo con los dos tipos de AH genera cambios en la longitud con efectos que dependen de la
concentración y a 40 ppm para AH- NaOH y 20ppm para AH – BSC, la respuesta es similar a la ocasionado por
el tratamiento AIA; igualmente estas concentraciones ocasionaron incrementos significativos en la longitud
radical de plántulas de trigo. El conjunto de resultados indica que los AH obtenidos de los materiales carbonosos
evaluados generan bioactividad que depende del tipo de materia prima utilizada y de la concentración aplicada.
BIOACTIVITY OF HUMIFIED ORGANIC MATTER OF CARBONY WASTE GENERATED IN THE
COLOMBIAN CARIBBEAN MINING AREA
KEY WORDS
Humic acids,
phytostimulation,
carbonaceous residues.
SUELOS
ECUATORIALES
48 (1 y 2): 9-15
ISSN 0562-5351
ABSTRACT
The bioactivity of humified organic matter (MOH) comprises a series of responses in root architecture, plant
metabolism and the rhizosphere microbial community in plants treated with different humic fractions; On the other
hand, open-pit coal mining is an activity that generates carbon by-products that constitute a source of MOH. In
this work, parameters related to the bioactivity of two types of humic acids (AH) were evaluated: 1) obtained by
alkaline extraction with NaOH (AH-NaOH) and 2) obtained through the activity of bacteria that solubilize carbon
(AH-BSC) , from carbonaceous waste generated in the coal zone of the department of Cesar. To do this, the
extraction of the HA was carried out by the two methods and tests were carried out to detect changes in the
proliferation of roots and the stimulation of elongation of beetles in wheat, in addition to tests to evaluate changes
in the amount of microbial DNA and the profile metabolic (through the Biolog-Eco plateTM system) of the
rhizosphere microbial community in corn plants. It was found that the treatment of corn seedlings by foliar spraying
of the two types of AH caused increases in the amount of microbial DNA; Likewise, the two types of AH also
induced changes in the metabolic profile of the rhizospheric microbial community; the treatment of wheat
coleoptyls with the two types of AH generates changes in length with effects that depend on the concentration
and at 40 ppm for AH-NaOH and 20ppm for AH-BSC, the response is similar to that caused by the AIA treatment;
Likewise, these concentrations caused significant increases in the radical length of wheat seedlings. The result
set indicates that the HA obtained from the carbonaceous materials evaluated generate bioactivity that depends
on the type of raw material used and the concentration applied.
Rec.: 04.04.2018
Acep.: 08.06.2018
SUELOS ECUATORIALES 48 (1 y 2): 9-15 ISSN 0562-5351
10
INTRODUCCIÓN
Un bioestimulante vegetal se define como
cualquier sustancia o microorganismo que al ser
aplicado a las platas puede desencadenar mejoras
en la eficiencia nutricional, tolerancia al estrés
abiótico y/o mejorar las características del cultivo,
independiente de su estatus nutricional (du Jardín,
2015)
Además de los efectos ampliamente conocidos
sobre las propiedades físicas y químicas del suelo,
las sustancias húmicas (SH) también pueden
considerarse bioestimulantes vegetales debido a
que exhiben bioactividad sobre las plantas, este
fenómeno conduce a la estimulación del
crecimiento, un mejor desempeño en suelos con
baja fertilidad o bajo condiciones limitantes, una
mejor eficiencia metabólica y estimulación de la
población de microrganismos benéficos de la
rizosfera. La bioactividad de la materia orgánica
humificada (MOH) comprende una serie de
efectos que conducen a respuestas en la
arquitectura de la raíz, el metabolismo primario y
secundario, la geometría de las raíces y la
comunidad microbiana de la rizosfera en plantas
tratadas con diferentes fracciones húmicas
(Canellas y Olivres 2014);
En suelos con baja fertilidad natural, las
principales adaptaciones de las plantas incluyen
cambios anatómicos en el sistema de raíces, como
la hiperproducción de raíces laterales y
proliferación de pelos radicales, con el
consiguiente aumento de la longitud y superficie
de la raíz; cambios en la geometría de las raíces
que pueden estar vinculadas a una mayor
rhizodeposición de exudados de aniones
orgánicos y enzimas, la acidificación de la
rizosfera y la asociación con microorganismos
benéficos específicos (Brown et al.,2013),
entonces todos estos procesos podrían estar
mediados por fracciones de SH solubles, de tal
forma que el desarrollo y aplicación de una
tecnología basada en la aplicación de fracciones
purificadas de MOH a manera de sustancias
promotoras del crecimiento vegetal, podría
contribuir a mejorar el desempeño de las plantas
en la rehabilitación de suelos degradados, o
mitigar el estrés vegetal mejorando el desempeño
de plantas cultivadas en zonas marginales para la
agricultura; en el caribe colombiano áreas de
interés en este sentido se encuentran en los
ecosistemas áridos y semiáridos, así como tierras
degradadas por salinidad, minería de carbón e
intensificación agrícola en los departamentos del
Cesar y La Guajira.
En trabajos previos hemos encontrado que
carbones poco evolucionados tipo lignito y
residuos carbonosos generados en la minería de
carbón a cielo abierto presentan un contenido de
MOH que puede ser liberada al medio a través de
la biotransformación de estos materiales por
microorganismos y generar efectos benéficos
sobre el suelo, las plantas y la microbiota (Valero
et al., 2012 Valero et al 2014., Cubillos et al 2015.,
Valero et al.,2016)
Otros estudios han demostrado que hay aumento
de MOH en suelos rehabilitados que contienen
residuos carbonosos, con respecto a suelos sin
disturbio (Dick et al., 2006; también se ha visto que
los residuos carbonosos contribuyen al incremento
de las fracciones hidrofóbicas (carbonos
aromáticos y/o alquílicos) y cadenas alifáticas,
importantes en la agregación del suelo (Rumpel y
Kogel., 2002); se ha observado que los residuos
de carbón en suelos en rehabilitación sufren
procesos de mineralización y humificación y
entran a hacer parte del subciclo edáfico del
carbono (Rumpel y Kogel., 2004), con efectos
favorables a largo plazo sobre las propiedades del
suelo (Dick et al., 2006).
De acuerdo a lo anterior, resulta importante
deteminar la bioactividad de la MOH procedente
de los carbones pobres que se incorporan o
podrían incorporarse como enmiendas orgánicas
a suelos rehabiltados, igualmente resulta
conveniente comparar la bioactividad de
fracciones de AH que se liberan del carbón
mediante actividad microbiana o que se obtienen
SUELOS ECUATORIALES 48 (1 y 2): 9-15 ISSN 0562-5351
11
mediante extracción alcalina; para ello, en este
trabajo se presentan los resultados de algunos
parámetros relacionados con respuestas a la
bioactividad de AH obtenidos mediante dos
métodos (extracción alcalina y actividad
microbiana) denominados AH-NaOH y AH-BSC, a
partir de residuos carbonosos generados en la
zona carbonífera del Cesar y la Guajira.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se obtuvieron fracciones de ácidos húmicos a
partir de carbones pobres tipo lignito medinate dos
metodologías: 1) extracción alcalina (AH - NaOH)
siguiendo la metodología descrita por la
International Humic substances sciety
(IHSS,2007), y 2)mediante la actividad de
bacterias solubilizadoras de carbón (BSC) según
el protocolo descrito por Valero et al ( 2014).
Se evaluó in vitro la capacidad de los AH-NaOH
para promover el alargamiento celular, mediante el
ensayo de elongación de coleóptilos de trigo y se
determinó una concentración que tuviera efectos
similares al tratamiento con AIA a una
concentración de 2,0 mgL
-1
(concentración
determinada en ensayos previos). En un segundo
experimento, se evaluaron AH- BSC, a diferentes
concentraciones (20, 40 y 80 y 150 mgL
-1
), y se
comparó el efecto con el ocasionado por la
concentración de AH-NaOH determinada en el
experimento anterior (40 mgL
-1
) y un tratamiento
de referencia con AIA. En complemento a los
ensayos anteriores se evaluó el efecto
fitoestimulador de los dos tipos de AH a través de
la determinación de incrementos en longitud y
número de raíces en plántulas de trigo.
Para evaluar el efecto de los AH sobre la población
microbiana en la rizosfera se realizó un ensayo
con plantas de maíz, bajo condiciones de casa de
malla, en el cual se tomó suelo rizosferico de
pantas tratadas con cada tipo de AH y se realizó
la extracción y cuantificación el ADN microbiano
en comparación con plantas no tratadas.
Adicionalmente se determinaron cambios en el
perfil metabólico de la comunidad microbiana
rizosférica analizando el uso de 31 sustratos
orgánicos con estructuras ecológicamente
relevantes en el suelo, dentro de los que se
encuentran al menos 9 exudados radicales, para
ello se aplicó el sistema Biolog- Eco plate
TM
,
asumiendo que los cuales ocurren en respuesta a
cambios en los exudados radiculares de las
plantas tratada con AH (Preston-Mafham et al.,
2002).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Al evaluar el efecto de los AH-NaOH, se evidenció
que la concentración de 40 mgL
-1
indujo un mayor
alargamiento del coleóptilo y raíces en las
plántulas de trigo (Tabla 1). Dichos resultados
indican una mayor actividad de los AH a dicha
concentración, la cual resulto semejante al efecto
del tratamiento con una solución de AIA a 2,0 mgL
-
1
, evidenciándose diferencias estadísticamente
significativas (P≤0,001). Por otra parte se
encuentra variación en la respuesta al variar las
concentraciones de Ah aplicados, lo cual
concuerda con la típica respuesta hormonal
ocasionada por las auxinas. Estos resultados
podrían sugerir que los AH evaluados se
comportan como fitoestimulantes de acuerdo al
planteamiento de que las SH estimulan una
respuesta en las células vegetales similar al de las
auxinas, conocido como crecimiento ácido, el cual
es promovido por la acumulación de
hidrogeniones en el apoplasto como consecuencia
de la actividad H
+
-ATPasa (Canellas y Olivares,
2015).
SUELOS ECUATORIALES 48 (1 y 2): 9-15 ISSN 0562-5351
12
Tabla 1. Bioactividad de AH- NaOH sobre los parámetros de crecimiento de plántulas de trigo. Letras
diferentes indican grupos diferentes.
Tratamiento
Longitud
promedio de
Coleóptilo (mm)
Incremento promedio en el
número de Raíces %, con
respecto al control
Agua destilada (control)
37,60 c
0b
AIA 2,0 mgL
-1
43,30 b
70a
AH-NaOH 2,0 mgL
-1
25,90 d
15b
AH-NaOH 20 mgL
-1
32 ,00c
0b
AH-NaOH 40 mgL
-1
49,10 a
77a
AH-NaOH 80 mgL
-1
34,60 c
38ab
AH-NaOH 150 mgL
-1
29,30 cd
8b
En la tabla 2 se observa que los AH- BSC
presentan mayor actividad a una concentración de
20 mgL
-1
, siendo ésta superior a la actividad
registrada con la utilización de AH- NaOH a una
concentración de 40 mgL
-1
, en todos los
parámetros de crecimiento evaluados. Sobre este
aspecto, Canellas y Olivares (2014) comprobaron
que la fuente de SH incide sobre el efecto de los
mismos sobre el crecimiento vegetal, mostrando
una mayor capacidad estimuladora del
crecimiento aquellas sustancias extraídas a partir
de sustratos compostados (turba, vermicompost),
donde necesariamente han intervenido
microorganismos. No obstante, Trevisán et al.
(2010), plantea que además de la fuente, deben
considerarse otros factores, tales como la
concentración de SH, la especie vegetal utilizada,
la edad de la misma y las condiciones de cultivo.
En la figura 1 se observa que el tratamiento de
plántulas de maíz con AH-BSC producidos por dos
bacterias (Bacillus micoydes y Microbacterium sp)
y por AH - NaOH, a diferentes concentraciones,
ocasionaron una estimulación en la comunidad
microbiana de la rizosfera, lo que se ve reflejado
en el aumento del ADN microbiano total en este
microhábitat, sin embargo no se evidencia un
patrón definido en la respuesta al variar la
concentración de AH.
Tabla 2. Comparación entre el efecto de AH- BSC vs el efecto de AH - NaOH, sobre los parámetros de
crecimiento radicular y alargamiento de coleóptilos en plántulas de trigo (P≤0,001).
Tratamiento
Longitud
promedio de
Coleóptilo (mm)
Longitud promedio
de Raíces (mm)
Incremento promedio
en el número de
Raíces %, con
respecto al control
Agua destilada
28,50 c
24,30 c
0 b
AIA 2 mgL
-1
50,20 a
32,80 a
77 a
AH-NaOH 40 mgL
-1
42,50 b
28,20 b
0 b
AH-BSC 20 mgL
-1
54,60 a
36,80 a
46 ab
AH-BSC mgL
-1
28,20 c
24,70 d
15 b
A AH-BSC 80 mgL
-1
24,40 c
23,50 c
-10 b