Efecto del Uso del Vermicompost para la Biorremediación de Suelos Salino-Sódicos del Estado Falcón

UNIVERSIDAD YACAMBÚ VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO

EFECTO DEL USO DEL VERMICOMPOST PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS SALINO-SÓDICOS DEL ESTADO FALCÓN.

Autor: José Pastor Mogollón Tutor: Duilio Torres

Barquisimeto, Julio 2014

i

UNIVERSIDAD YACAMBÚ VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO

EFECTO DEL USO DEL VERMICOMPOST PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS SALINO-SÓDICOS DEL ESTADO FALCÓN.

Trabajo de Grado, presentado como requisito parcial para optar al grado de Magister en Ciencias Ambientales mención Evaluación del Impacto Ambiental

Autor: José Pastor Mogollón Tutor: Duilio Torres

Barquisimeto, Julio 2014

ii

UNIVERSIDAD YACAMBÚ iii

iv

DECLARACIÓN DE AUTORÍA

Quien suscribe, José Pastor Mogollón Sandoval, titular de la Cédula de Identidad No. 10.365.913, hace constar que es el autor del Trabajo de Grado, titulado: “Efecto del Uso del Vermicompost para la Biorremediación de Suelos Salino-Sódicos del Estado Falcón”, el cual constituye una elaboración personal realizada únicamente con la dirección del tutor de dicho trabajo, Duilio Gilberto Torres, titular de la Cédula de Identidad No. 12.436.803; en tal sentido, manifiesto la originalidad de la conceptualización del trabajo, interpretación de los datos y la elaboración de las conclusiones, dejando establecido que aquellos aportes intelectuales de otros autores se han referenciado debidamente en el texto del mismo.

En la ciudad de Barquisimeto, a los veintiocho (28) días del mes de Julio de dos mil catorce (2014).

______________________________________

José Pastor Mogollón Sandoval

v

DEDICATORIA

 A mi madre, quien me enseñó que los grandes triunfos sólo se logran con esfuerzo y dedicación.

 A mi esposa Alicia, el amor de mi vida, por toda su comprensión y apoyo, durante todos estos años.

 A Emanuel, Génesis y Gabriela, tres grandes tesoros que llenan mi vida.

vi

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa su agradecimiento a:  A mi tutor, Profesor Duilio Torres, por sus atinadas observaciones para llevar a buen término el presente trabajo de investigación.  Al excelente jurado por su disposición y dedicación al ofrecerme las orientaciones pertinentes. Gracias Prof. Rosa Rivas y Prof. Norka Medina.

 Al Laboratorio de Suelos del Programa de Ingeniería Agronómica de la UNEFM por el apoyo recibido.  A mi esposa Alicia, por estar siempre allí.

 A todos los Profesores y personal de la Universidad Yacambú, que de una u otra forma contribuyeron a la culminación de esta meta.  Finalmente mi agradecimiento a la Universidad Yacambú que han hecho posible este trabajo, y el hecho de cumplir una meta más en mi vida. Mil Gracias.

vii

ÍNDICE GENERAL

LISTA DE CUADROS LISTA DE FIGURAS RESUMEN INTRODUCCIÓN

Pp x xi xii 13

CAPÍTULO I EL PROBLEMA

15

Planteamiento del Problema Objetivos de la Investigación Justificación Alcance del Proyecto

15 20 21 22

II

MARCO TEORICO

23

Antecedentes de la Investigación Bases Teóricas Suelo Degradación de suelo Procesos de degradación del suelo Procesos de degradación física Procesos de degradación química Procesos de degradación biológica Magnitud de la problemática de la degradación del suelo Degradación de suelos en Venezuela

23 27 27 27 27 28 29 29 29 31

Salinidad del suelo Tipos de suelos afectados por sales Suelos salinos Suelos sódicos Suelos alcalinos Suelos calcáreos Medida de la salinidad del suelo

33 34 36 36 37 37 37

viii

Origen de las sales en el suelo Causas de la salinidad del suelo Causas naturales Causas antrópicas Problemática de los suelos salino-sódicos y sódicos en Venezuela

38 38 38 39 40

Alternativas de recuperación de suelos afectados por sales

41

Necesidad de incrementar el contenido de materia orgánica de suelos degradados Importancia de la materia orgánica del suelo Aprovechamiento de los desechos orgánicos Efecto de los residuos orgánicos sobre suelos y plantas Efecto sobre las propiedades físicas Efecto sobre las propiedades físico-químicas Efecto sobre las propiedades químicas Efecto sobre las propiedades microbiológicas y Bioquímicas Efecto de los residuos orgánicos sobre las plantas

44

El vermicompost Características del vermicompost Estabilidad y madurez del vermicompost El vermicompost y su efecto en el desarrollo de las plantas Efectos del vermicompost en el suelo

52 54 55 56 58

La biorremediación Tipos de biorremediación Degradación enzimática Fitorremediación Biorremediación microbiana Ventajas y desventajas de la biorremediación Bioindicadores del proceso de biorremediación

59 59 60 60 60 60 62

Caracterización del área de estudio Clima Suelo Vegetación

63 63 65 66

Bases Legales

67

III MARCO METODOLÓGICO Naturaleza de la Investigación Variables Variable dependiente

71 71 71 72 viii

45 45 47 47 49 49 51 52

Variable independiente Definición conceptual de la variable Definición Operacional de la variable Población y Muestra Diseño del Experimento Procedimientos Muestreo Procedimientos de laboratorio Análisis químicos Determinación del pH Determinación de la conductividad eléctrica Determinación del nitrógeno total Determinación de los cationes cambiables Determinación del porcentaje de Na+ intercambiable Análisis biológicos Determinación del carbono orgánico Determinación del C-BM Determinación de la actividad ureásica Hipótesis Análisis de datos

72 72 73 74 75 76 77 78 78 78 79 79 80 81 81 81 82 83 84 85

IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización físico-química del suelo y del vermicompost pH del suelo Conductividad eléctrica Sodio intercambiable Porcentaje de sodio intercambiable Índice de eficiencia de remoción de sodio Carbono orgánico del suelo Carbono de la biomasa microbiana Actividad ureásica del suelo Índice C-BM/CO*100

86 86 89 91 93 95 98 99 102 103 106

V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones REFERENCIAS ANEXOS A Sitios de recolección de muestras con coordenadas UTM B Análisis de varianza para las variables estudiadas

108 108 110 111 131 132 134

ix

LISTA DE CUADROS CUADRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Pp Alcances y causas de la degradación de Tierras a nivel mundial Clasificación de los suelos según la tolerancia de los cultivos a las sales Diferentes tipos de suelos afectados por sales y problemas que los asocian Clasificación de suelos con problemas de sodio y/o sales Criterios para determinar la madurez de vermicompost Datos climatológicos período 1991-2010. Estación Coro-Aeropuerto Operacionalización de las variables Descripción de los tratamientos Caracterización físico-química del suelo y del vermicompost utilizado Variación del pH del suelo durante el ensayo de incubación Variación de la conductividad eléctrica del suelo (dS/m) durante el ensayo de incubación Variación del sodio intercambiable (Cmol Kg-1) durante el ensayo de incubación Valores de cationes cambiables del suelo al cabo del período de incubación para los tratamientos aplicados Variación del porcentaje de sodio intercambiable del suelo durante el ensayo de incubación Índice de eficiencia en la remoción de sodio (IERS) del suelo durante el ensayo de incubación Variación del carbono orgánico del suelo (%CO) durante el ensayo de incubación Variación del carbono de la biomasa microbiana del suelo (C-BM; µg. g-1) durante el ensayo de incubación Variación de la actividad ureásica del suelo (AU; µg NH4+ g-1) durante el ensayo de incubación Índice C-BM/CO*100 del suelo durante el ensayo de incubación

x

30 34 35 37 57 65 73 76 87 90 91

93 95

96 99 100 102 104 106

LISTA DE FIGURAS FIGURA

Pp

1

Procesos de degradación del suelo

28

2

Problemas actuales y potenciales de degradación de suelos en zonas con desarrollo agrícola en Venezuela

32

Zonas con suelos actual o potencialmente afectados por sales en Venezuela

42

4

Ubicación del área de estudio

64

5

pH-metro marca Jenway, modelo 3150

78

6

Conductímetro marca Bante, modelo 540

79

7

Kjeldahl semiautomático utilizado para la determinación del nitrógeno total

80

Fotómetro de llama para determinación de cationes en el suelo

81

Método de respiración inducida por sustrato para la determinación del carbono de la biomasa microbiana del suelo

83

Espectrofotómetro utilizado en la determinación de la actividad ureásica

84

Relación entre la conductividad eléctrica y el carbono orgánico del suelo

92

Relación entre el porcentaje de sodio intercambiable con: a) el carbono de la biomasa microbiana y b) la actividad ureásica

97

Relación entre la actividad ureásica y el carbono orgánico del suelo

105

3

8

9

10

11

12

13

xi

UNIVERSIDAD YACAMBÚ VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO Línea de Investigación: Manejo y Aprovechamiento de Residuos Sólidos y Efluentes EFECTO DEL USO DEL VERMICOMPOST PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS SALINO-SÓDICOS DEL ESTADO FALCÓN. Autor: José Mogollón Tutor: Duilio Torres Mes y Año: Julio 2014 RESUMEN El objetivo del trabajo fue evaluar el efecto de un vermicompost sobre las propiedades de un suelo salino-sódico del Cebollal de Coro. Se realizó un experimento de incubación para comparar tres dosis de vermicompost. Se implementaron cuatro tratamientos: un tratamiento sin vermicompost (T1); T2: 1% vermicompost; T3: 5% vermicompost y T4: 10% vermicompost, durante un período de incubación de 28 días, con mediciones a los 7, 14, 21, y 28 días. En cada una de estas fechas fueron evaluadas las variables pH del suelo, conductividad eléctrica (CE), porcentaje de sodio intercambiable (PSI), carbono orgánico del suelo (COS), carbono de biomasa microbiana (CBM) y actividad ureásica (AU). El pH, la CE y el PSI disminuyeron durante el ensayo. La CE para T4 mostró una reducción del 62% con respecto a los valores iniciales (3,48 dS/m). La

aplicación de los diferentes tratamientos logró reducir los valores iniciales del pH del suelo (8,30); el tratamiento más efectivo fue T4, ya que los suelos pasaron de la condición de alcalinos a suelos neutros (pH ≤ 7,5). Con la aplicación de 10% de vermicompost se logró reducir el PSI en un 50%. El COS aumento en todos los tratamientos evaluados, siendo los valores más altos para T4 el cual fue de 6,7 g/kg en comparación al valor inicial de 2,5 g/kg. Así mismo, el CBM resultó con incrementos significativo en todos los tratamientos, encontrándose los valores más altos en T4 (612,5 µg g-1) con respecto a los valores iniciales (36,4 µg g-1). La AU aumentó significativamente con la adición del vermicompost. Al cabo de 28 días de incubación se encontraron valores de 67,8 µg NH4+g-1 para T4, lo cual representa un incremento de seis veces con respecto al tratamiento control (T1). La adición de vermicompost demostró ser una buena estrategia para la recuperación integral de suelos salino-sódicos. Descriptores:

Salinidad;

Enmiendas

xii

Orgánicas;

Recuperación

de

suelo

INTRODUCCIÓN Una de las formas de contaminación dentro del ámbito de los suelos tiene que ver con procesos de empobrecimiento como son la desertificación, la erosión y la salinización; este último consiste en la acumulación de sales en la capa arable del suelo, las cuales causan efectos negativos sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del mismo (Torres y otros, 2006; Mogollón y otros, 2010). Las áreas de suelo degradadas por problemas de sales y sodio están ampliamente distribuidas en el mundo, pero cobran mayor importancia para el hombre, las ubicadas en las zonas áridas y semiáridas que se han abierto a la agricultura intensiva. Existen dos tipos de salinidad en los suelos; la salinidad en forma natural (primaria), que está ampliamente distribuida en el globo terráqueo y se incrementa a medida que se presentan cambios climáticos mayores, procesos geomorfológicos de sedimentación, erosión y redistribución de materiales; así como cambios en la hidrología superficial y subterránea. Por otro lado tenemos la salinidad antrópica, la cual se ha incrementado considerablemente en extensos territorios a nivel mundial, y que ha sido producto de los efectos del regadío, donde para garantizar el suministro de agua y tener agricultura, se ha implantado el riego, sin haber previsto la instalación de sistemas de drenaje, lo que ha conllevado al incremento de la salinidad de los suelos, por la ascensión de las sales que se encontraban localizadas por debajo de los 20 cm de profundidad, intensificado

por

las

particularidades

climáticas

que

aumentan

su

concentración en el suelo. En estos términos, se puede indicar que en la zona semiárida del estado Falcón viene ocurriendo un proceso de degradación continua de la tierra, debido a la predominancia de sistemas agrícolas inapropiados, lo que 1

ha traído consigo problemas de salinización del suelo. Una de las zonas agrícolas más afectadas por este tipo de degradación química, es el sector conocido como El Cebollal de Coro, que durante la década de 1970 ubicó a Falcón dentro de los tres principales estados productores de hortalizas de pisos bajos a nivel nacional, con rendimientos superiores al promedio nacional (Rodríguez, 2002). Una de las alternativas que existe para lograr la recuperación de suelos salinizados, está basada en la evaluación de nuevos enfoques de fertilización y remediación, entre ellos el uso de enmiendas y abonos orgánicos. Es así como se planteó la siguiente investigación, la cual se desarrolló bajo la metodología de un estudio cuantitativo, de tipo experimental puro; y la misma tuvo como propósito fundamental, determinar el efecto de la incorporación de un vermicompost sobre la rehabilitación de suelos salinosódicos del sector El Cebollal, Estado Falcón, en condiciones controladas de laboratorio. La investigación fue estructurada en cinco capítulos. El capítulo I, referido al problema, allí se describe el planteamiento del problema, los objetivos del estudio y la justificación. El capítulo II, contiene el marco teórico, conformado por los antecedentes, las bases teóricas y las bases legales. El capítulo III, correspondiente al marco metodológico, donde se describe la naturaleza

de

la

investigación,

las

variables

con

su

respectiva

operacionalización, población y muestra, el diseño experimental, los tratamientos, procedimientos, sistema de hipótesis, así como las técnicas de análisis de datos. El capítulo IV, donde se describen y discuten los resultados obtenidos. Y por último, el capítulo V, referente a las conclusiones y recomendaciones. Posteriormente, se detallan las referencias.

2

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema El suelo, como el cuerpo humano, es un “organismo vivo”; en él se desarrollan fenómenos físicos, químicos y microbiológicos esenciales para la propia vida en el planeta; sin embargo, el incremento en el uso de fertilizantes durante las últimas décadas, dio origen a procesos de transformación en el ambiente, que produjeron alteraciones de estos fenómenos (Brady y Weil, 2008). Así mismo, los altos niveles de productividad que exige el mercado global, y la carencia natural de nutrientes, ha hecho indispensable el uso de los fertilizantes químicos. Estos, junto a las técnicas inadecuadas de laboreo, afectan la flora microbiana del suelo, sus propiedades físicas y químicas y están disminuyendo la materia orgánica en las tierras cultivables, hasta llegar en algunos casos a una total degradación de los suelos (Ayele y otros, 2013; Boolor y otros, 2013; Duval y otros, 2013). Se puede definir a la degradación del suelo, como la pérdida en calidad y cantidad de suelo, tratándose de la pérdida parcial o total de la productividad del suelo, cualitativa y/o cuantitativa, como resultado de procesos tales como la erosión hídrica, erosión eólica, salinización, deterioro de la estructura, encostramiento, contaminación, pérdida de elementos nutritivos, perdida de la materia orgánica y desertificación (López, 1994).

3

La vida sobre la tierra depende de las funciones de los suelos productivos de alimentos y reguladores del ciclo hidrológico y de la calidad ambiental. Los suelos son al mismo tiempo la base de la producción agrícola y la base para la manutención de los ecosistemas. Por ello, la consecuencia de la degradación acelerada de suelos son de similar trascendencia que la del calentamiento global y pérdida de biodiversidad, tal como lo señala PlaSentís (2006). Uno de los primeros intentos por cuantificar el problema de degradación de suelos a nivel mundial, fue el proyecto internacional Ensayo Global de Degradación de Suelos (Oldeman y otros, 1991), el cual puso de manifiesto el grave estado de degradación en que se encontraban los suelos de todo el mundo. En este proyecto se calculó para el año 1990, que un total de 1964 millones de hectáreas estaban degradadas; 910 millones de hectáreas lo estaban al menos hasta un grado moderado (con una reducción importante de la productividad) y 305 millones de hectáreas estaban muy degradadas o hasta un punto extremo (no siendo ya adecuadas para la agricultura). A nivel mundial los procesos de degradación química del suelo (salinización, sodificación, acidificación, contaminación por hidrocarburos, entre otros) afectan a un 12% de la extensión del terreno degradado. La importancia relativa de cada una de estas formas de degradación varía mucho de unos continentes a otros. En Europa, la contaminación de los suelos es la principal forma de degradación química de origen humano (Ansorena, 1995). Se considera que actualmente hay unas 3600 millones de hectáreas (25% de las tierras a nivel mundial) afectadas por diferentes niveles de degradación de suelos, incluyendo 30% de las tierras bajo riego, 47% de las tierras con agricultura de secano, y 73% de tierras de pastoreo (Ordónez y Mendivelso, 2006).

4

Por otra parte, Pitman y Lauchli (2002) señalan que anualmente pierden parte de su productividad por degradación de suelos, de 1,5 a 2,5 millones de hectáreas de tierras bajo riego, de 3,5 a 4,0 millones de hectáreas de tierras agrícolas de secano, y 3,5 millones de hectáreas de tierra de pastoreo, afectando directamente a unos 2600 millones de personas (40% de la población mundial). El problema de degradación de suelos reviste particular importancia en la región de América Latina y el Caribe, ocupando un nada honroso tercer lugar mundial en degradación de suelos con 26% de sus tierras cultivables en mal estado, de acuerdo con el Programa de las Naciones Unidas para el Medo Ambiente (PNUMA, 2003). A pesar de que esta región tiene la reserva de tierra cultivable más grande del mundo, calculada en 576 millones de hectáreas equivalentes a casi el 30% de su territorio, el problema de la degradación de suelos se ha agudizado en los últimos años. Santibañez y Santibañez (2007) señalan que la mayor causa de degradación de tierras en América Latina es producto de las malas prácticas de cultivo del suelo. Estos autores indican que de las tierras de cultivo, un 45% en Sudamérica y un 74% en Centroamérica exhiben signos de degradación. La mayor parte de sus 15 millones de hectáreas regadas, se encuentran degradadas por la salinidad, la compactación y la pérdida de fertilidad. La expansión de la frontera agropecuaria es la mayor causa de degradación del bosque Amazónico. Una vez deforestado, el suelo pobre en materia orgánica tarda pocos años en degradarse para luego ser abandonado. Venezuela no escapa a los procesos de degradación del suelo; de acuerdo a Casanova (2005) sólo el 2% de los suelos venezolanos no tiene limitaciones para la producción agrícola. Del 98% restante: 4% es muy árido, 18%

presenta

limitaciones

de

drenaje,

32%

tiene

baja

fertilidad,

generalmente asociada a la acidez y 44% posee limitaciones de excesivo relieve. Sin embargo, el mismo autor señala que sólo el 2% de este 98%

5

corresponden a suelos considerados de muy baja calidad, y no utilizables agrícolamente. Pla-Sentís (1990a) señala los principales tipos de degradación de suelos en Venezuela, y los zonifica de la siguiente manera: i) en áreas de la Cuenca del Lago de Maracaibo, problemas de salinización y sodificación; ii) en los Llanos Occidentales, compactación y sodificación; iii) en la región Centro-Occidental, problemas de erosión y salinización. Diversos autores señalan que la degradación de los suelos agrícolas en Venezuela está en franco crecimiento debido a problemas relacionados con prácticas de manejo inadecuadas en diferentes usos agropecuarios (Rodríguez y otros, 2009; Lugo-Morín, 2007; Arrieche y Mora 2005). Se hacen más evidentes los problemas de degradación química, particularmente relacionados a salinización y sodificación del suelo, en las zonas bajo condiciones áridas y semiáridas, dentro de las cuales se encuentran los estados Falcón y Lara (Jaurixje y otros, 2013; Torres y otros, op. cit.). Específicamente en el estado Falcón existe una zona denominada “El Cebollal” que durante la década del 70 ubicó al estado dentro de los tres principales estados productores de hortalizas de pisos bajos a nivel nacional, con rendimientos de 25 Mg/ha, superiores al rendimiento nacional y con una superficie de siembra de aproximadamente 15000 hectáreas (Mogollón y otros, 2001). Para el año 2001, en “El Cebollal” sólo se mantenían en actividad alrededor de 10 fincas, debido al descenso de producción (15 Mg/ha) (Rodríguez, op. cit.), lo cual se asocia a la degradación de los suelos y agua por efecto de la salinidad, además de los altos costos de producción, siendo estos factores considerados como principales responsables del abandono de los tipos de uso de la tierra más importantes de la zona. En la actualidad, la que una vez fue una importante zona agrícola, se encuentra en franco deterioro ambiental, lo que hace necesaria la evaluación de sistemas de producción alternativos, de menos impacto ambiental y

6

coherentes con las particularidades ecológicas de las zonas secas (Mogollón y otros, 2010). Es por ello que se hace necesario, mitigar o corregir cualquier daño que puedan presentar estas tierras, y promover una educación ambiental que garantice la sostenibilidad de éstas en el transcurrir de los tiempos. Toda esta problemática es la razón por la cual se debe realizar un uso sustentable de los fertilizantes, de modo de minimizar los impactos negativos producidos, que han dado lugar a la degradación de suelos. Esto se puede lograr desarrollando nuevas tecnologías de tratamiento y planes de fertilización. En este sentido, la utilización de abonos y enmiendas orgánicas como el vermicompost podría resultar en una alternativa bastante provechosa y útil en la biorremediación de suelos degradados por sales. Sobre la base de lo anteriormente expuesto, surge la inquietud de realizar el presente estudio presentando las siguientes interrogantes:¿En qué medida afectará a las propiedades químicas y biológicas del suelo el uso del vermicompost?; ¿Cuál proporción vermicompost/suelo será la más efectiva para mejorar la actividad biológica del suelo, y la fertilidad química del mismo?; ¿Podrá el vermicompost minimizar o atenuar el contenido salino del suelo?. Tales interrogantes constituyeron la base para la realización del presente estudio cuya finalidad es determinar el efecto de la incorporación de un vermicompost sobre la rehabilitación de suelos salino-sódicos ubicados en el sector El Cebollal de Coro.

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Objetivos de la Investigación

General Evaluar el efecto de la incorporación de un vermicompost sobre la rehabilitación de suelos salino-sódicos del sector El Cebollal, Estado Falcón, en condiciones controladas de laboratorio.

Específicos 1.

Evaluar el efecto de la aplicación de diferentes dosis del vermicompost

sobre las propiedades químicas y biológicas del suelo, durante el tiempo de incubación del suelo. 2.

Determinar la efectividad del vermicompost utilizado, en la reducción

de la salinidad y sodicidad del suelo evaluado. 3.

Determinar a partir del carbono orgánico, la actividad enzimática y el

carbono de la biomasa microbiana la recuperación del suelo estudiado.

.

8

Justificación

Hoy en día se hace necesario lograr una agricultura sustentable; no obstante esto plantea un dilema complejo, ya que a la par de alcanzar altos rendimientos en los cultivos, existe además la necesidad de reducir el deterioro ambiental generado en el proceso productivo, y que afecta directamente a la diversidad de especies. La preservación de la diversidad se puede lograr con el desarrollo de nuevas tecnologías sustentables, puesto que con estas se logrará mejorar la fertilidad del suelo, economizar los recursos no renovables y además se impedirá la entrada de contaminantes en los agroecosistemas. Dentro de las nuevas tecnologías se encuentra el uso del vermicompost, ya que se ha demostrado su aporte en muchos beneficios tanto al suelo como a las plantas; esto debido al carácter orgánico de este tipo de abonos, lo cual le hace muy interesante en la biorremediación de los suelos degradados, problema que viene aquejando no solo al país sino al mundo entero. De allí la relevancia de esta investigación, por cuanto se pretende evaluar el uso de un vermicompost con características específicas, de acuerdo con la situación actual de El Cebollal de Coro; con el fin de rehabilitar los suelos que hoy en día presentan problemas de salinización y sodificación. En consecuencia, este estudio se justifica desde el punto de vista agroecológico, ya que aunque aportará información de la situación en condiciones controladas de laboratorio, esto podrá sentar las bases para luego hacer evaluaciones del efecto del vermicompost en condiciones de campo. Desde el punto de vista ambiental, este trabajo es relevante porque serán utilizados abonos orgánicos, los cuales garantizarán el uso sustentable

9

de los suelos, así como se disminuirá el impacto ambiental negativo que tradicionalmente está asociado al uso de fertilizantes químicos. De resultar satisfactoria la propuesta de recuperación de los suelos degradados por sales, esto podría traer beneficios socioeconómicos significativos a los dueños de las fincas ubicadas en estas áreas, y a la población aledaña a las mismas, puesto que si éstas vuelven a ser productivas, generaría también empleo a dicha población. Desde el punto de vista metodológico, los resultados generados representan un aporte sumamente importante a la línea de investigación, por lo cual servirán como referencia fundamental a otros investigadores para el desarrollo de estudios posteriores y de base a estudios más específicos con respecto a la recuperación de suelos salinos, no sólo en la zona del Cebollal de Coro, sino también en otras áreas de las regiones semiáridas del estado Falcón, y estados circunvecinos donde existe la misma problemática.

Alcance del proyecto El estudio planteado se delimitó a un suelo que pertenece a la Serie “El Jebe” ubicada en la zona de “El Cebollal” Municipio Miranda del Estado Falcón; debido a que esta zona actualmente se encuentra afectada por su alto contenido de sales, producto del mal manejo agrícola. El estudio se realizó durante el período Julio-2013 hasta Febrero-2014, tiempo durante el cual se ejecutó la fase de muestreo y procesamiento de las muestras a nivel de laboratorio. La investigación fue realizada bajo condiciones controladas de laboratorio, lo cual permitió establecer las bases necesarias, en cuanto a la mejor dosis de vermicompost requerido para solventar o neutralizar el exceso de sales en el suelo. Esto permitirá en otra fase de esta línea de investigación, hacer experimentación en campo, donde se evaluará esta alternativa de manejo bajo condiciones normales de campo.

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Antecedentes de la Investigación

Para llevar a cabo la presente investigación se han tomado como referencia algunos trabajos previos que aportaron información en cuanto al uso de abonos orgánicos y la metodología empleada para determinar las mejoras aportadas por éstos, en cuanto a las características propias de los suelos tratados, como al desarrollo foliar se refiere. Entre ellos destacan:

Mogollón y otros (2001) realizaron un trabajo en la zona del Cebollal de Coro cuyo objetivo fue evaluar el efecto de un abono orgánico sobre las propiedades biológicas y bioquímicas de suelos afectados por sales; los resultados obtenidos reflejaron que los suelos con mayores niveles de salinidad, presentaron menores valores de respiración edáfica y actividad de la enzima ureasa. También se observó que la aplicación del vermicompost a suelos arcillosos. Esta investigación sirve como referencia para la investigación propuesta dado que se ensayará con suelos arcillosos y que además se hará uso de un vermicompost para determinar su efecto sobre parámetros relacionados a la salinidad del suelo, y su relación con parámetros biológicos del suelo.

Rodríguez y otros (2009), realizaron un trabajo sobre la identificación de indicadores de sostenibilidad para los tipos de uso de la tierra en las series El Patillal y San Isidro de la llanura de Coro. El objetivo del trabajo fue

11

identificar los indicadores de sostenibilidad relevantes para la evaluación de los diferentes tipos de uso de la tierra en las series antes mencionadas, para ello se realizaron los respectivos análisis físicos y químicos de los suelos. Los resultados permitieron identificar cinco tipos de uso de la tierra; así mismo proponer una serie de indicadores de respuesta, con el propósito de mejorar la sostenibilidad de los tipos de uso de la tierra y hacer el seguimiento y monitoreo de los mismos. Esta investigación sirve de aporte al trabajo propuesto en cuanto a la determinación de los parámetros físicos y químicos de un suelo para su caracterización; dado que en el trabajo propuesto es necesario caracterizar el suelo en su estado inicial y luego realizar una serie de evaluaciones en las semanas siguientes para observar algún cambio debido a la aplicación de un vermicompost.

Duran y Henríquez (2010), efectuaron una investigación cuyo objetivo fue estudiar el efecto del uso de un vermicompost en algunas propiedades del suelo, bajo condiciones de invernadero. Se evaluaron diferentes dosis del producto, sobre suelos con diferentes niveles de salinidad. Este trabajo sirve de referencia para la investigación propuesta dado que en ella se realizan análisis químicos en el suelo así como en la planta usada como indicador, relacionándose con la investigación propuesta ya que la mayoría de estos análisis también se realizarán; por lo cual aporta información relevante en cuanto a la metodología y al análisis de resultados se refiere.

Hernández y otros (2010a) realizaron un trabajo orientado a la evaluación de los abonos orgánicos y su efecto en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo; estos autores señalan que tradicionalmente se han utilizado residuos orgánicos, incorporándolos al suelo para aumentar el contenido de materia orgánica y como fuente de nitrógeno a los cultivos. Sin embargo, muchas veces esta aplicación no es realizada en forma adecuada, lo que puede provocar daños al suelo como la salinización, por

12

ejemplo. Los autores indican que una alternativa viable es el proceso de vermicompostaje, para asegurar su uso como abonos orgánicos, y que esta práctica está cobrando cada vez más importancia por sus comprobados efectos benéficos en las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos agrícolas. El aporte que hace este trabajo está relacionado a las variables de suelo, ya que nos permite seleccionar los mejores indicadores edáficos para evaluar el proceso de salinización de suelo, y como establecer diseños experimentales acordes a la evaluación de los objetivos propuestos.

Mogollón y otros (2010) realizaron un trabajo de investigación cuyo objetivo de investigación fue evaluar el impacto de los tipos de uso de la tierra predominantes en el sector El Cebollal de Coro, a partir del monitoreo de variables biológicas del suelo. Se evaluaron tres tipos de uso de la tierra: 1) convencional cultivando melón (Cucumis melo) con prácticas de mecanización intensiva y fertilización química; 2) alternativo, cultivando sábila (Aloe vera) con prácticas de labranza mínima y fertilización orgánica con vermicompost; y 3) y un bosque secundario, no alterado por diez años, como patrón de referencia. Esta investigación sirve de aporte al presente trabajo, ya que se evidencia el beneficio que otorga la fertilización con vermicompost sobre la fertilidad del suelo, y al mismo tiempo queda bastante claro como este compuesto orgánico ayuda a la disminución de la salinidad del suelo, y la mejora en algunas propiedades químicas y biológicas del mismo.

Zúñiga y otros (2011) realizaron una investigación orientada a la evaluación de diferentes tecnologías para la recuperación de suelos degradados por sales. Entre las tecnologías evaluadas por estos autores, destaca el uso de los biofertilizantes, cuyos resultados indican que la aplicación frecuente y prolongada de productos orgánicos minimizan la contaminación del suelo por sales. Este trabajo sirve de base al establecer otro tipo de alternativas diferentes a las tradicionales en la recuperación de

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suelos salinos, tales como el uso de enmiendas químicas, dejando claro la eficiencia del uso de las enmiendas orgánicas en sistemas agroecológicos de producción.

Andreau y otros (2012) plantean que el cultivo de hortalizas en condiciones áridas generalmente está asociado a un manejo intensivo de los recursos como el riego, los fertilizantes y la labranza permanente, lo que a su vez trae como consecuencia, fenómenos de degradación química, como la salinidad, difíciles de revertir. Sin embargo, estos autores señalan que mediante algunas alternativas de tratamiento, podría mitigarse el problema de la sodicidad del suelo; entre las alternativas planteadas está el uso de enmiendas orgánicas, las cuales podrían propiciar la lixiviación del ión sodio por síntesis de CO2 en su proceso de mineralización. El aporte de este trabajo, está basado en las teorías que explican los mecanismos bioquímicos por los cuales ocurre la disminución de la salinidad del suelo por efecto de la incorporación de enmiendas orgánicas. Bandera (2013) desarrolló una investigación cuyo propósito fue la evaluación de enmiendas orgánicas en la rehabilitación de suelos salinosódicos, en Buenos Aires, Argentina. Entre las enmiendas utilizadas por el autor, está el uso de biosólidos, cuyo efecto a nivel de umbráculo resultaron satisfactorios en la reducción de los niveles de salinidad y sodicidad del suelo estudiado. Sin embargo, este autor señala que no se obtuvo el mismo comportamiento en la evaluación realizada a nivel de campo, producto de la alta variabilidad de las propiedades químicas del suelo, por lo cual debe ser un factor a considerar en futuras investigaciones relacionadas a este tema. Este trabajo permitió establecer la importancia de las enmiendas orgánicas en la rehabilitación de suelos salino-sódicos, y además señaló cuales serían las variables edáficas más relevantes a considerar en la evaluación de la salinidad del suelo.

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Bases teóricas

A continuación se presentan las bases teóricas sobre el tema tratado y que le darán base y fundamento al desarrollo de la investigación.

Suelo Un suelo es un sistema natural desarrollado a partir de una mezcla de minerales (arcillas, limos y arenas) y restos orgánicos (residuos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición) bajo la influencia de factores formadores (clima, pendiente, medio biológico) y del tiempo. Así mismo, se diferencia en horizontes y se le atribuyen funciones que consisten en suministrar oxígeno, agua, sustancias nutricionales y anclaje mecánico para las plantas (Porta y López, 1993). Degradación de Suelos La degradación de suelos se refiere a la pérdida, desde un punto de vista cuantitativo o cualitativo, de su productividad, a través de varios procesos como la erosión hídrica o eólica, el deterioro de la estructura del suelo, la salinización, la acidificación (Pla-Sentís, 1990b). Así mismo, González-Quiñones (2006) indica que la degradación del suelo puede definirse como la alteración del equilibrio existente entre sus constituyentes debido a los cambios experimentados en sus propiedades físicas, químicas, biológicas o bioquímicas, que conducen a la pérdida o disminución de su fertilidad y que disminuye la capacidad actual o futura del suelo para generar, en términos de calidad y cantidad, bienes o servicios.

Procesos de degradación del suelo Como ya se ha indicado, el factor inicial en los procesos de degradación es, en la mayor parte de los casos, una actuación humana inadecuada, pero hay también factores naturales, tales como la topografía

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del terreno, el clima, la temperatura, las lluvias, etc., que propician el desarrollo de determinados procesos de degradación. Estos procesos se pueden agrupar en función del tipo de degradación que producen, los cuales se pueden visualizar en la figura 1.

Degradación del Suelo

Física

Endurecimiento

Erosión y Desertificación

Erosión Hídrica

Biológica

Química

Disminución de la fertilidad

Erosión Eólica

Desequilibrio de Elementos

SalinizaciónSodificación

Reducción de organismos de suelo

Perdida de materia orgánica

Acidificación

Componentes Tóxicos

Figura 1. Procesos de degradación del suelo. Tomado de: García-Lucas, 2013. García-Lucas (op. cit.) detalla los procesos de degradación de la siguiente manera: Procesos de degradación física 

Motivados por un régimen hídrico termal adverso: erosión hídrica y eólica.



Compactación.



Formación de horizontes endurecidos: costra caliza, horizonte argílico



Pérdida de estructura

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Procesos de degradación química 

Desequilibrio de bases (acidificación)



Contaminación por sales, hidrocarburos, xenobióticos, etc.



Laterización (proceso de acumulación de laterita o ferralita, óxido de hierro y alúmina, formando una costra dura e impermeable)

Procesos de degradación biológica 

Degradación de la cubierta vegetal



Disminución del contenido de materia orgánica



Reducción de la macro y microfauna



Aumento de las uniones de patógenos activos al suelo. Estos procesos pueden ocurrir de manera simultánea, puesto que

unos pueden inducir a otros, o simplemente estar sometidos a diferentes factores de degradación. La conjunción de varios procesos en un mismo suelo, intensifica mucho más la pérdida de calidad del mismo.

Magnitud de la problemática de la degradación del suelo En los últimos años la degradación del suelo está aumentando en severidad y extensión en muchas partes del mundo, con más del 20 por ciento de las tierras agrícolas afectadas, el 30 por ciento de los bosques y el 10 por ciento de los pastizales (Ver cuadro 1; Ruiz y Febles, 2004). La degradación del suelo tiene también importantes implicaciones para la mitigación y la adaptación al cambio climático, ya que la pérdida de biomasa y de materia orgánica del suelo desprende carbono a la atmósfera y afecta a la calidad del suelo ya su capacidad de mantener el agua y los nutrientes (FAO, 2008). La degradación y desertificación del suelo constituye un grave problema a nivel mundial que va incrementando de modo alarmante. Las regiones secas definidas como las regiones áridas, semiáridas y subhúmedas secas (excluyendo los desiertos) cubren un tercio de los suelos del mundo y se encuentran distribuidas en todos los continentes. África tiene 17

37% de zonas áridas, Asia 33% y Australia 14%. También existen zonas áridas en América y el sur de Europa. En estas zonas donde los suelos son especialmente frágiles, la vegetación escasa, y el clima especialmente adverso, es donde la desertificación tiene lugar. Alrededor del 70% de los 5,2 billones de hectáreas de los suelos de las regiones secas del mundo están ya degradados, lo que significa que la desertificación afecta al 30% del total de los suelos a nivel mundial.

Cuadro 1. Alcances y causas de la degradación de tierras a nivel mundial. Causa

Alcance de la Degradación

Deforestación: se han degradado vastas reservas de bosques a causa de la tala y el desmonte a gran escala para uso agrícola y urbano. Se destruyeron más de 220 millones de hectáreas de bosques tropicales entre 1975 y 1990, principalmente para la producción de alimento. Pastoreo excesivo: se ha perjudicado cerca del 20% de las pasturas y pastizales del planeta. Las pérdidas recientes han sido más graves en África y Asia Consumo de leña: se obtienen alrededor de 1,730 millones de m3 de leña de bosques y plantaciones por año. La leña representa la principal fuente de energía en muchas regiones en desarrollo. Gestión agrícola deficiente: la erosión hídrica causa pérdidas de suelo que se calculan en 25,000 millones de toneladas por año. La salinización y sobresaturación del suelo afectan a cerca de 40 millones de hectáreas en el mundo. Fuente: Ruiz y Febles, 2004.

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580 millones de ha

680 millones de ha

137 millones de ha

550 millones de ha

Degradación de Suelos en Venezuela En Venezuela, se calcula una oferta potencial de suelos para la actividad agrícola-vegetal en el orden de los 7,6 millones de hectáreas (MARNR, 1996). Sin embargo, las tierras de alta calidad sólo serían unos 1,6 millones de hectáreas. En el país, al igual que el resto de los países tropicales, los problemas más comunes de degradación son la erosión hídrica, el sellado, la compactación, la salinización y sodificación (Pla-Sentís, 1988). De acuerdo con el mismo autor, además de los procesos de degradación física y química, también existen problemas de degradación biológica. La mayoría de los problemas de degradación no sólo dependen de las características intrínsecas de la tierra, sino también del clima muy agresivo en la mayoría de las zonas y de la adopción de sistemas de producción agrícola y prácticas tomadas directamente de otras partes del mundo con diferentes condiciones climáticas y socioeconómicas. En la figura 2 se presentan los principales problemas de degradación de suelos en zonas con desarrollo agrícola en Venezuela (Pla-Sentís, 1990b). La degradación de los suelos potencialmente cultivables de Venezuela ocurre por: 

Salinización, consistente en la acumulación de sales de calcio y de sodio.



Contaminación química, producto del uso acelerado e irracional de fertilizantes y pesticidas químicos.



Pérdida de nutrientes, como consecuencia de la sobre-explotación o el monocultivo. Esto ocurre particularmente en los sistemas agrícolas de subsistencia.

19



Erosión acelerada producto de un manejo irracional. Este es el principal factor de degradación de los suelos en el país.



Conflictos de uso, como consecuencia de la utilización de las tierras con vocación agrícola para otros fines, ya sea urbanístico, industrial o recreacional.

Figura 2. Problemas actuales y potenciales de degradación de suelos en zonas con desarrollo agrícola en Venezuela. Pla-Sentís (1990b).

Según la FAO, la deforestación en Venezuela se debe principalmente a la demanda de tierras para fines agrícolas; además se plantea que existen limitaciones del sistema político para la establecimiento y la consolidación de una reforma agraria efectiva (FAO, 2000).

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A pesar de los avances significativos en la legislación nacional en materia de ambiente y un considerable aumento de las áreas protegidas en los últimos años, el presupuesto y las limitaciones del personal en los organismos públicos y la aplicación de los requisitos legales son todavía muy débiles. La deforestación de tierras, es decir la conversión de bosques a tierras de cultivos y potreros continúa a un ritmo elevado en Venezuela. Según las estimaciones de la FAO (2010), la deforestación en las últimas dos décadas ha sido de 288.000 ha/año, con una tasa de 0,57% de pérdida anual de superficie boscosa. Estos resultados sitúan a Venezuela, en los primeros puestos a nivel mundial, en cuanto a la tasa de deforestación, y son los responsables junto a los cambios de uso de la tierra, de la actual situación de deterioro de la vegetación del país (Pacheco y otros, 2011). Los problemas de la degradación de la tierra en Venezuela se hacen más graves cada día, debido principalmente a la rápida expansión de las zonas de cultivos, que utilizan una gran diversidad de métodos de producción y tecnologías que son inadecuadas para los distintos tipos de suelo, clima y condiciones socioeconómicas (López-Falcón, 2002). Estos factores son agravados por la creciente demanda de tierras agrícolas fértiles para uso urbano e industrial. Esta situación ha reducido la producción agrícola, ya que ha sido necesario introducir materias primas y prácticas agrícolas tratando de aumentar la producción, pero que han causado la degradación del recurso suelo.

Salinidad del Suelo La salinidad es la consecuencia de la presencia en el suelo de sales solubles en altas concentraciones (Richards, 1982). La presencia de sales ejerce una doble influencia en el suelo, por un lado la posible toxicidad de

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algunos iones presentes como el sodio, y de otro lado el incremento en la presión osmótica de la solución que dificulta la absorción de agua por parte de las plantas, de hecho su efecto se suma al potencial matricial; esto hace que los suelos salinos se comporten fisiológicamente como secos con un nivel de humedad apreciable. El principal parámetro para clasificar los suelos salinos es la conductividad eléctrica del suelo, generalmente estimada en el extracto de saturación. De esta manera Villafañe (2000) en el cuadro 2, establece la clasificación de los suelos salinos.

Cuadro 2. Calificación de los suelos según la tolerancia de los cultivos a las sales. Categorías

CEe promedio (dS/m)

No salino

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Muy pocos cultivos son posibles

Extremadamente salino

Fuente: Villafañe (2000)

Tipos de Suelos Afectados por Sales Debido a diferencias en intensidad de los factores formadores se encuentra una gran variabilidad de suelos en las diversas áreas fisiográficas de América Latina. En todos estos tipos de suelos se presentan problemas de acumulación de sales solubles en el perfil y la intensidad del problema

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depende de la cantidad de arcillas presentes, de la magnitud de los procesos de precipitación y evaporación y del régimen de lavado y drenaje del suelo. En el cuadro 3 se presentan los diferentes tipos de suelos afectados por sales y los problemas asociados a los mismos. Cuadro 3. Diferentes tipos de suelos afectados por sales y características de los problemas que les asocian. Iones causantes de salinidad y/o alcalinidad

Tipo de suelo afectado por sales

Ambientes

Principales propiedades adversas causantes de degradación

Método de Recuperación

Salino

Árido y semiárido

Alta presión osmótica de la solución del suelo

Remoción del exceso de sales (lavado)

Disminución del pH mediante enmiendas químicas

Cloruro y sulfato (en casos extremos nitrato)

Iones de sodio capaces de hidrólisis alcalina

Iones de magnesio

Alcalino

Semiárido, subhúmedo y húmedo

pH alto (alcalinidad). Efecto en propiedades físicas del suelo

Magnésico

Semiárido y subhúmedo

Efecto tóxico. Alta presión osmótica.

Enmiendas químicas, lavado

Yesífero

Semiárido y árido

pH bajo (acidéz). Efecto tóxico

Enmiendas alcalinas

Sulfatoácido

Áreas costeras, estuarios, deltas

pH muy bajo (alta acidéz). Efectos tóxicos (Fe y Al)

Mantener condiciones naturales, encalado

Iones de calcio principalmente CaSO4

Iones de hierro y aluminio (principalmente como sulfatos)

Fuente: Szabolcs (1998).

Es generalmente aceptado, que todos los suelos en las cuales las sales solubles juegan un papel determinante en sus propiedades físicas, químicas

y

biológicas,

pertenecen

23

al

grupo

de

los

denominados

genéricamente suelos afectados por sales, independientemente del tipo de sales y de la mineralogía del suelo (Szabolcs, 1996). Por esta razón, existen diferentes tipos de suelos afectados por sales que tienen diferentes requerimientos para manejo y rehabilitación. Es indispensable conocer con claridad el tipo de problema y para esto se ha clasificado a los suelos afectados por sales de la siguiente manera:

Suelos Salinos Se considera que un suelo es salino cuando la concentración de sales solubles, principalmente cloruros y sulfatos (en casos extremos nitratos) de sodio (Na), calcio (Ca) y magnesio (Mg), en la zona de raíces alcanza niveles muy altos que impiden el crecimiento y producción óptimos de las plantas. Los suelos salinos se desarrollan preferentemente en aquellas regiones en donde las lluvias son insuficientes para compensar las pérdidas de agua causadas por la evapotranspiración. Esta condición favorece los procesos de concentración y precipitación de minerales por ausencia de un régimen de lavado. También se pueden desarrollar en regiones húmedas bajo condiciones de alta demanda evaporativa, nivel freático superficial y actividad humana.

Suelos Sódicos Se conoce como sódicos a aquellos suelos muy comunes en las regiones semiáridas, subhúmedas y húmedas en los cuales predomina el ión Na+ en el complejo de cambio. En estas condiciones el pH es alto y se deterioran las condiciones físicas del suelo por dispersión de las arcillas, los que afecta la capacidad para conducir agua y gases. Al mismo tiempo se presentan desbalances nutricionales que afectan los cultivos. Atendiendo a su PSI (porcentaje de sodio intercambiable) y a su CE (conductividad eléctrica en el extracto de saturación) los suelos se clasifican de acuerdo al cuadro 4.

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Cuadro 4. Clasificación de suelos con problemas de sodio y/o sales. Tipo de Suelo

PSI (%)

CE (dS/m)

Salinos

< 15

>2

Sódicos

> 15

15

>2

Fuente: Rueda, 2009.

Suelos Alcalinos Los suelos alcalinos son aquellos que contienen elevadas cantidades de metales alcalino-térreos (cationes básicos como Na, Ca, Mg y K). En estos suelos el pH es generalmente mayor de 7,0.

Suelos Calcáreos Los suelos calcáreos presentan contenidos muy elevados de carbonatos (principalmente de Ca y Mg), pH siempre superior a 8,4 y fuerte reacción al HCl 0,1N. En este tipo de suelos se pueden formar carbonatos de muchos metales los cuales imponen límites a la solubilidad de esos iones metálicos y a su disponibilidad para las plantas. Un problema importante en este tipo de suelos, tiene que ver con la deficiencia del fósforo disponible, ya que este elemento precipita a valores de pH por encima de 8,0 formando complejos con los iones de calcio y magnesio, formándose fosfatos de estos metales en el suelo los cuales son muy insolubles (Mashal y otros, 2011).

Medida de la Salinidad del Suelo A través de la conductividad eléctrica se determina la concentración de sales solubles en disolución en el suelo. Se basa en la velocidad con la que la corriente eléctrica atraviesa una solución salina, la cual es proporcional a la concentración de sales en disolución. Se expresa en deciSiemens/metro (dS/m).

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Origen de las sales Las sales, tanto las de Ca, Mg, K como las de Na, proceden de muy diferentes orígenes. En líneas generales, pueden ser de origen natural o proceder de contaminaciones antrópicas.

Causas de la Salinidad del Suelo El proceso de acumulación de sales en los suelos con predominio del Ca y el Mg se le denomina salinización. Cuando es el Na el que predomina netamente el suelo evoluciona de muy distinta manera, desarrollándose un proceso, con resultados completamente distintos, que es el llamado alcalinización (Fuentes, 1999). Dos son las condiciones necesarias para que se produzca la acumulación de sales en los suelos: aporte de sales y su posible eliminación ha de estar impedida (Jaramillo, 2002).

Causas naturales En primer lugar pueden proceder directamente del material original. Efectivamente

algunas

rocas,

fundamentalmente

las

sedimentarias,

contienen sales como minerales constituyentes. Por otra parte, en otros casos ocurre que si bien el material original no contiene estas sales, se pueden producir en el suelo por alteración de los minerales originales de la roca madre. Por otra parte, también las sales disueltas en las aguas de escorrentía, se acumulan en las depresiones y al evaporarse la solución se forman acumulaciones salinas. Muchos de los suelos salinos deben su salinidad a esta causa (Núñez, 2000).

Así mismo, los suelos toman las sales a partir de mantos freáticos suficientemente superficiales (normalmente a menos de 3 metros). Los mantos freáticos siempre contienen sales disueltas en mayor o menor proporción y en las regiones áridas estas sales ascienden a través del suelo por capilaridad. En general, la existencia de mantos freáticos superficiales

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ocurre en las depresiones y tierras bajas, y de aquí la relación entre la salinidad y la topografía (Fassbender y Bornemisza, 1994).

Causas Antrópicas La salinidad del suelo también puede producirse como resultado de un manejo inadecuado por parte del hombre. La agricultura, desde su comienzo, ha provocado situaciones de salinización, cuando las técnicas aplicadas no han sido las correctas. La actividad agraria y especialmente el riego, ha provocado desde tiempos remotos procesos de salinización de diferente gravedad: cuando se han empleado aguas conteniendo sales sin el debido control (acumulándose directamente en los suelos o contaminando los niveles freáticos), o bien cuando se ha producido un descenso del nivel freático regional y la intrusión de capas de agua salinas, situadas en zonas más profundas, como consecuencias de la sobreexplotación (Samper y otros, 1999). Además, también se ocasionan problemas graves de salinización en superficies de cotas bajas, cuando se realizan transformaciones de riego de áreas situadas en zonas altas y no se ha previsto su influencia en aquellas otras. Directamente por la acción de las aguas de riego, pero también se puede producir por las movilizaciones de tierras que pueden provocar la aparición de rocas salinas en la superficie del terreno que además de contaminar a los suelos in situ provocaran su acumulación en los suelos de las depresiones cercanas por acción de las aguas de escorrentía. El empleo de elevadas cantidades de fertilizantes, especialmente los más solubles, más allá de las necesidades de los cultivos, es otra de las causas que provocan situaciones de altas concentraciones de sales, que contaminan los acuíferos y como consecuencia los suelos que reciben estas aguas. Todas estas situaciones son muy típicas de zonas más o menos áridas sometidas a una actividad agrícola muy intensa (Navarro y Navarro, 2013).

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Problemática de los suelos salino-sódicos y sódicos en Venezuela En Venezuela existen 1.200.000 hectáreas de suelos afectados por salinidad primaria y más de 30.000 hectáreas bajo riego, donde el problema de sales es actual y potencial. La causa principal de la salinización secundaria se debe, generalmente, a limitaciones o deficiencias en el manejo del agua de riego, drenaje, o ambas. La mayor superficie de suelos afectados por sales se ubica en la región occidental del país (Monasterio y otros, 2005; Zérega y otros, 1991; Pla-Sentís, 1988). El régimen climático de las principales áreas incorporadas a la producción agrícola y pecuaria de nuestro país, determine la necesidad de aplicar el riego con el fin de obtener una mayor rentabilidad en las mismas. Con la expansión de dicha práctica se ha producido un incremento de la superficie de suelos afectados por sales a nivel nacional (Mata y Pla-Sentís, 1992). La sodificación es uno de los más extendidos y peligrosos procesos de degradación de suelos del mundo, el cual causa efectos negativos sobre la productividad y producción de cultivos. La sodificación puede ser debida a intervención humana o a factores naturales. En ambas situaciones, la teoría de formación de suelos indica que una específica combinación de factores formadores de suelo (clima, material parental, biota, topografía y tiempo) producirían un tipo particular de suelo sódico (Guerrero y otros, 2004). En Venezuela, suelos sódicos y salino-sódicos han sido señalados en varias zonas de importancia agrícola con climas que van desde subhúmedo hasta semiárido (Schargel, 1984; Pla-Sentís, 1985; Schargel y otros, 1988; García-Miragaya y otros, 1990). En la figura 3, quedan señaladas las principales áreas en Venezuela afectadas por problemas de salinidad y sodicidad. Los suelos salino-sódicos

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se caracterizan por tener un porcentaje de sodio intercambiable (PSI) por encima de 15% y/o una relación de adsorción de sodio (RAS) superior a 13 (mmol l-1)1/2 y una conductividad eléctrica (CE) del extracto de saturación > 4,0 dS m-1 (Soil Survey Staff, 1999). También se señala que el pH de una pasta saturada es comúnmente 60

C/N (fase sólida)

< 20

C/N (extracto)

5-6

C hidrosoluble (g kg-1)

8,0 y valores de CE> 2 dS/m. De esta forma, se recolectaron muestras simples de suelo, a una profundidad de 15 cm, hasta completar una cantidad aproximada de 50 Kg de suelo, que fueron transportados al laboratorio, para luego proceder a la instalación del diseño experimental y la realización del sistema de incubación del suelo que permitió medir cada una de las variables dependientes consideradas. Las muestras fueron colectadas con la ayuda de un barreno (muestreador), y para la conformación de una muestra compuesta de suelos, fueron tomadas dieciocho (18) muestras simples en el lote de terreno previamente seleccionado; estas muestras se colocaron en un recipiente, donde se mezclaron oportunamente. Posteriormente, la muestra de suelo compuesta fue llevada al laboratorio de suelos del Programa de Ingeniería Agronómica de la UNEFM, donde se secó al aire durante un período de 96 horas, y luego fue pasada por un tamiz de malla 2 mm, para ser homogeneizada.

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Procedimientos de Laboratorio Una vez que las muestras estuvieron en el Laboratorio de Suelos de la UNEFM, se procedió a realizar procedimientos químicos y biológicos del suelo, para estimar las variables planteadas en el estudio. Los análisis se ejecutaron de acuerdo al Manual de Métodos del Laboratorio de Suelos (2002) de la Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda”, los cuales corresponden a métodos estandarizados. Análisis Químicos: Determinación del pH. Equipos: se determinó usando el método potenciométrico a través de un electrodo de vidrio con un electrodo de referencia de calomel, en una relación suelo:agua de 1:2 (Bates, 1973). El equipo utilizado fue un pH-metro marca Jenway modelo 3510 (Figura 5). Para efectos de pesada, se utilizó una balanza analítica marca Sartorius, modelo AZ250. Materiales: muestras de suelo pasadas por el tamiz de 2 mm; matraz erlemeyer; espátula; pizeta. Reactivos: agua destilada

Figura 5. pH-metro marca Jenway, modelo 3150. 66

Determinación de la conductividad eléctrica. Equipos: se determinó usando el método del conductímetro, en la misma relación suelo:agua de 1:2 (Dellavalle, 1992). El equipo utilizado fue un conductímetro marca Bante, modelo 540 (Figura 6). Balanza analítica marca Sartorius, modelo AZ250. Materiales: muestras de suelo pasadas por el tamiz de 2 mm, matráz erlemeyer, espátula, Pizetas. Reactivos: agua destilada

Figura 6. Conductímetro marca Bante, modelo 540.

Determinación del nitrógeno total (Nt). Equipos: el nitrógeno total fue determinado por digestión de las muestras con ácido sulfúrico concentrado y catalizador de selenio a 350°C por 2 h, posteriormente

se

destiló

con

un

Kjeldahl

semiautomático

marca

Labotecgroup, modelo 103 (Figura 7), previa digestión de la muestra en un bloque digestor marca Velp Sientific, modelo DK20.

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Materiales: muestras de suelo pasadas por el tamiz de 2 mm, matráz erlemeyer, espátula, pizetas, tubos de digestión. Reactivos: agua destilada, hidróxido de sodio, ácido sulfúrico concentrado, pastillas de selenio.

Figura 7. Kjeldahl semiautomático utilizado para determinación de nitrógeno total.

Determinación de cationes cambiables (Ca, Mg, K y Na). Equipos: se realizó por el método descrito por Thomas (1982), que se basa en una extracción con acetato de amonio y posterior determinación de los cationes sodio (Na+) y potasio (K+) por Fotometría de Llama, utilizando para ello un Fotómetro marca Jenway modelo PFP7 (Figura 8). Los cationes calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) fueron determinados en el extracto, por el método complexométrico (Abadía y otros, 1981). Para la determinación del Ca+ Mg en el extracto de suelo se efectúo una valoración con EDTA, en medio tamponado, usando negro de eriocromo T como indicador.

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Materiales: muestras de suelo pasadas por el tamiz de 2 mm; matráz erlenmeyer; bureta, vaso de precipitado; embudo; varilla agitadora; espátula; pipeta; propipeta Reactivos: acetato de amonio 1N como extractante; solución tampón de cloruro de amonio e hidróxido de amonio concentrado; indicador: negro de eriocromo T; sal disódica del ácido etiléndiamino-tetracético-dihidratado (EDTA) 0,01 molar; agua destilada.

Figura 8. Fotómetro de llama para determinación de cationes en el suelo.

Determinación del porcentaje de sodio intercambiable (PSI). Se realizó mediante fórmula matemática. PSI = Na/Ʃ(Ca, Mg, K, Na) *100 Análisis Biológicos Determinación del carbono orgánico del suelo (COS). Equipos: se realizó por el método de combustión húmeda interna (WalkleyBlack, 1934), el cual consiste en una oxidación parcial del carbono (C) orgánico por la adición de una mezcla ácida de dicromato de potasio, sin la 69

aplicación externa de calor, y la posterior titulación con sulfato ferroso amoniacal en presencia del indicador difenilamina; el cambio de color para establecer la determinación del carbono orgánico, es de color purpura a verde esmeralda. El procedimiento se realizó baja campana de extracción. Materiales: muestras de suelo pasadas por el tamiz de 2 mm; matráz erlenmeyer; bureta graduada para la titulación; espátula; pipeta; propipeta; cilindro graduado. Reactivos: ácido sulfúrico concentrado; dicromato de potasio; sulfato ferroso amoniacal hexahidratado; ácido fosfórico; indicador difenilamina.

Determinación del carbono de la biomasa microbiana (C-BM) Equipos: el C-BM, referido al carbono contenido en los microorganismos presentes en el suelo (Unigarro y otros, 2005) y cuya medida es un procedimiento básico para los estudios ecológicos del suelo (Sánchez y otros, 2005), se determinó por el método de la respiración inducida por sustrato (Anderson y Domsch, 1978). Para ello, se estimula la respiración de los microorganismos durante la incubación a 28 ºC, al adicionarle glucosa (sustrato fácilmente degradable) al suelo, y se determina el C-CO2 producido mediante la utilización de una trampa de álcali (Figura 9). El equipo utilizado fue una incubadora marca Gemmy modelo Lab Incubator IN-601. Materiales: recipientes de 250 ml con tapa (pueden utilizarse frascos de mayonesa); viales de centelleo; agitador; pipetas; erlenmeyer de 250 mL; buretas graduadas para la titulación. Reactivos: glucosa; hidróxido de sodio 0,1 N; ácido clorhídrico 0,1 N; cloruro de bario 0,5 M; Indicador fenoltaleina

70

Figura 9. Método de respiración inducida por sustrato para la determinación del carbono de la biomasa microbiana del suelo.

Determinación de la Actividad Ureásica del Suelo. Equipos: la actividad ureásica del suelo se determinó de acuerdo al método propuesto por Kandeler y Gerber (1988), el cual se basa en la determinación del amonio liberado a partir de una solución de urea por la actividad ureásica del suelo cuando se incuba éste por dos horas a 37 °C. Se determina por espectrofotometría visible, a una longitud de onda de 690 nm. Se utilizó un espectrofotómetro marca Jenway, modelo 7315 a una longitud de onda de 690 nm (Figura 10); un agitador marca Innova, modelo 2000, y una incubadora marca Gemmy modelo Lab Incubator IN-601. Materiales: pipetas; matraces aforados; botellas plásticas de 60 mL con tapas para incubación; papel de filtro Nº 2. Reactivos: solución de urea (79,7 mM); solución de KCl 1M; hidróxido de sodio

0,3M;

salicilato

de

Sodio;

nitroprusiato

de

Sodio;

ácido

dicloroisocianidrico (medio de oxidación); solución de Amonio para la curva patrón. 71

Figura 10. Espectrofotómetro utilizado en la determinación de la actividad ureásica del suelo

Hipótesis En esta investigación se evaluó la siguiente hipótesis: “El uso de enmiendas orgánicas tipo vermicompost puede aportar elementos químicos capaces de neutralizar la salinidad del suelo, por lo cual pueden ser utilizadas como biorremediadores de suelos salino-sódicos”. A continuación, se plantea matemáticamente la hipótesis de trabajo: Para cada una de las variables de estudio en el experimento, se probaron las siguientes hipótesis estadísticas: Ho: T1 = T2 = T3 =T4 vs Ha: al menos un tratamiento es diferente Ho: hipótesis nula; Ha: hipótesis alterna.

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Análisis de Datos El desarrollo de esta parte de la investigación se realizó considerando cada parámetro determinado para los tratamientos aplicados. Se llevó a cabo una comparación de los resultados obtenidos luego de aplicar los tratamientos. Para ello se realizó un análisis de la varianza y pruebas de comparación de medias Tukey (ver anexo B), utilizando para ello, el paquete estadístico INFOSTAT versión 1.1 (INFOSTAT, 2002).

Estas pruebas estadísticas permitieron realizar la validación del modelo planteado inicialmente lo que a su vez permitió la comprobación de la hipótesis alterna del experimento, que consistió en demostrar si el uso del vermicompost tiene efecto en la disminución de la salinidad del suelo.

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CAPÍTULO IV

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

Caracterización Físico-química del suelo y vermicompost evaluado En el cuadro 9 se presentan los valores promedio de las propiedades químicas del vermicompost y del suelo utilizado. Además, se presentan los valores de las fracciones de arena, limo y arcilla, así como la clase textural de suelo. El suelo evaluado presentó un valor de pH de 8,40, y 3,48 dS/m para la conductividad eléctrica (CE), por lo cual se considera un suelo salinosódico, lo cual se corrobora al observar el valor del porcentaje de sodio intercambiable (PSI), que fue de 67,2%. Tal como señala Fuentes (1999), los suelos salino-sódicos, son aquellos, cuyos valores de CE (en relación suelo:agua 1:2) y PSI, cumplen con la siguiente condición: CE >1,6 dS/m y PSI > 15%. Los altos valores de sodicidad encontrados en este suelo pueden estar relacionados al uso predominante de la tierra, que estuvo asociado al melón bajo un manejo convencional (fertilización química, excesiva mecanización y utilización de agua de riego con altos tenores de salinidad), lo cual ha sido indicado por Rodríguez y otros (2009), como la situación que ha propiciado procesos de degradación física (compactación, perdida de la estructura del suelo, formación de costras y sellos) y química (salinización y sodificación) en suelos del Cebollal de Coro.

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La relación catiónica del suelo se refiere a la proporción relativa de los cationes básicos en el suelo. En términos generales, se esperaría para un suelo con buenas condiciones para el crecimiento de las plantas aquellos donde las proporciones de cationes estuvieran en el siguiente orden: Ca2+> Mg2+> K+> Na+ (Casanova, op. cit.).

Cuadro 9. Caracterización Físico-química del suelo y del vermicompost utilizado. Parámetros

Suelo

Vermicompost

pH Conductividad Eléctrica (dS/m) (1:2) Materia Orgánica (g/Kg) Carbono Orgánico (g/Kg) N total (g/Kg) Relación C/N Ca2+ (mg/Kg) Mg2+ ( mg/Kg) K+ ( mg/Kg) Na+ ( mg/Kg) Porcentaje de Sodio Intercambiable (%) % arena % arcilla % limo Clase Textural

8,30 3,43 3,40 2,5 0,2 12,50 236,5 30,4 109,5 770,2 67,17 34 42 24 Arcillosa

6,80 0,48 325,0 188,5 17,5 10,77 12525,0 6596,8 5028,3 1034,6 4,10 -

Sin embargo, para el suelo estudiado, la relación catiónica es la siguiente: Na+>Ca2+>K+> Mg2+. La abundancia del sodio frente al calcio y magnesio absorbido en las arcillas del suelo puede determinar la dispersión de estas partículas, ocasionando perdida de los agregados del suelo, colapso de la porosidad, y degradación de la estructura edáfica (Le Bissonnais, 2006). Con respecto al contenido de carbono orgánico (CO), los suelos evaluados presentan valores muy bajos (2,50 g/Kg), lo cual es típico de

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suelos bajo condiciones semiáridas; estos valores están por debajo, incluso de suelos de la Península de Paraguaná, en el estado Falcón, donde Acosta y otros (2008), reportaron valores de 6,40 g/Kg de CO. El contenido de nitrógeno total (Nt) del suelo estudiado (0,2 g/Kg) se encuentra entre los valores obtenidos para las regiones semiáridas, los cuales son también bastante bajos. En las regiones áridas y semiáridas, tanto el N como la disponibilidad de agua son los factores más limitantes para la productividad de los suelos (Zhang y Zak, 1998). Para el caso del vermicompost utilizado como enmienda, se puede ver en el cuadro 9, que los valores de pH (6,80) y CE (0,48 dS/m) reflejan que se trata de un compuesto orgánico de reacción neutra, y no salino. El valor de pH encontrado, está documentado como un valor esperable en abonos orgánicos estabilizados y maduros (Durán y Henríquez, 2010). Desde el punto de vista de la CE, no representa ningún riesgo para la salinización del suelo. Resulta importante considerar la CE del sustrato que sirve de alimento a las lombrices en el proceso de vermicompostaje, ya que el mismo puede afectar tanto a las lombrices, y así mismo se puede traducir en un compost con alto tenor salino (Hernández y otros, 2011). En la mayoría de los casos reportados en la literatura se observan valores altos de CE en abonos orgánicos tipo vermicompost (Arumugan y otros, 2013; Romaniuk y otros, 2011; Hidalgo y otros, 2009). Sin embargo, algunos autores mencionan que las propiedades químicas, y entre ellas el pH y la CE del vermicompost pueden variar mucho entre sí, y esto se debe a los tipos de desecho utilizados, las proporciones de cada uno, el estado de descomposición de estos materiales, las condiciones en las cuales se lleva el proceso de vermicompostaje, y las condiciones de almacenamiento (Durán y Henríquez, 2007).

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El valor de carbono orgánico del vermicompost fue de 188,5 g/Kg, el cual estuvo dentro del rango reportado para carbono orgánico en este tipo de abonos, que se señala entre 144-300 g/Kg (Ravera y De Sanzo, 2000). El vermicompost evaluado, presentó una relación C/N de 10,77, lo cual podría interpretarse como un compost estable y maduro, ya que según algunos autores (Castillo y otros, 2010; Acosta y otros, 2004) cumple con la premisa de valores de relación C/N menores o cercanos a 15. La relación C/N proporciona una estimación directa de las fracciones biológicamente degradables de C y N en los sustratos orgánicos (Defrieri y otros, 2005), y también se utiliza como índice de la velocidad de descomposición del sustrato y la posterior mineralización de sus nutrientes (De la Cruz y otros, 2010). La relación catiónica del vermicompost estuvo representada de la siguiente manera: Ca2+> Mg2+> K+> Na+. En este sentido, se esperaría que en función de los altos contenidos de Ca 2+, una vez aplicado al suelo ocurra un proceso de sustitución de los iones Na+, por lo cual pueda favorecer un proceso de lavado de este ión.

pH del Suelo En el cuadro 10 se observa la dinámica de la variable pH del suelo, tanto para cada tratamiento al cabo de las 4 fechas de monitoreo de la misma, así como las diferencias estadísticas entre tratamientos para cada fecha de muestreo. No hubo diferencias en el tratamiento 1 (T1) que corresponde al testigo (suelo incubado sin aplicación de vermicompost) a lo largo de los 28 días de incubación.

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De manera general, los resultados muestran una disminución significativa en el pH del suelo con la mayor dosis aplicada. Esta disminución del pH del suelo puede ser consecuencia del menor valor de pH de la enmienda (pH = 6,80), en relación al valor de pH inicial del suelo (pH = 8,30).

Cuadro 10. Variación del pH del suelo durante el ensayo de incubación

Tratamientos T1 (testigo) T2 (1% V) T3(5% V) T4(10% V)

7 días 8,27 (0,06) Aa 7,83 (0,03) Ba 7,77 (0,06) Ca 7,72 (0,03) Ca

Fechas de Medición 14 días 21 días 8,23 (0,15) Aa 8,27 (0,06) Aa 7,75 (0,05) Ba 7,77 (0,06) Ba 7,67 (0,06) Bb 7,62 (0,03) Cb 7,62 (0,03) Bb 7,55 (0,05) Cc

28 días 8,30 (0,10) Aa 7,75 (0,05) Ba 7,60 (0,05) Cb 7,50 (0,05) Cc

Las letras mayúsculas indican diferencias entre tratamientos por fecha de medición; letras minúsculas indican diferencias para un mismo tratamiento durante la incubación. Letras difieren con una probabilidad del 0,05% según la prueba de medias de Tukey.

El tratamiento con 1% de vermicompost (T2), tampoco presentó diferencias significativas (p