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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

versão On-line ISSN 2071-0054

Rev Cie Téc Agr vol.30 no.3 San José de las Lajas jul.-set. 2021  Epub 01-Jul-2021

 

ARTÍCULO ORIGINAL

Cromatografía radial para el monitoreo sistémico de suelos con diferentes manejos

Dr.C. Mayra Arteaga-BarruetaI  * 
http://orcid.org/0000-0002-0591-2063

Est. Cesar Yesca-JarquínII 

Ing. Adrián Álvarez-GonzálezI 

Lilian Otaño-CoronaI 

José Antonio Pino-RoqueIII 
http://orcid.org/0000-0001-9728-6700

Est. Alejandro. Carlos EvangelistaII 

Reinaldo Reyes-RodríguezI 
http://orcid.org/0000-0002-6322-9510

IUniversidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, Departamento de Química, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIUniversidad de Oaxaca, México.

IIIUniversidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Departamento de Matemáticas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

La FAO incentiva la gestión sustentable del manejo de los suelos, por el peligro que implica su degradación, promoviendo la conservación en su uso en el actual contexto global de cambio climático. Las técnicas analíticas convencionales usualmente empleadas para el monitoreo de los suelos agrícolas son costosas, lo que limita su sistematicidad. Ante estos antecedentes el presente trabajo tiene como objetivo evaluar la viabilidad de la cromatografía de papel radial como método analítico complementario para el estudio sistémico de suelos Ferralíticos Rojos con diferentes manejos. Se seleccionaron suelos Ferralíticos Rojos hidratados (FRh) bajo diferentes manejos y se caracterizaron utilizando la cromatografía de papel circular y los métodos analíticos cuantitativos tradicionales para su estudio. Se estableciendo modelos de regresión múltiple entre las variables cuantitativas y cualitativas: ancho de las zonas y de las radiaciones en el cromatograma. Se lograron cromas distintivas en función del manejo de los suelos y el 70% de los modelos de regresión obtenidos al 95% de confiabilidad mostraron coeficientes de correlación (R2) superiores al 90%, los que pudieran predecir propiedades físico-químicas y biológica de los suelos en estudios futuros. Los resultados obtenidos demuestran la efectividad de la técnica cromatográfica para la previa y rápida evaluación de la calidad de los suelos con diferentes manejos, que permitiría encauzar el análisis cuantitativo de los mismos cuando sea requerido, haciendo más viable el monitoreo de los mismos con potencialidades para ser aplicada en diferentes escenarios productivos del país.

Palabras clave: agricultura sostenible; suelos Ferralíticos Rojos; degradación; análisis de suelo

INTRODUCCIÓN

Los manejos inadecuados de los suelos aplicados durante muchos años debido a la utilizacion de modelos con altos insumos y una explotación agrícola por encima de las posibilidades de los mismos, han conllevado a su deterioro. Esto es una de las dificultades más apremiantes en el marco de la crisis alimentaria mundial. Al respecto Febles et al. (2018), refieren que se pierden entre cinco y siete millones de ha de suelo fértil, llegando el 70 % afectarse por la degradación, especificándolo para los suelos Ferralíticos Rojos de la provincia Mayabeque, donde, el 44,86% de ellos actualmente son muy pocos productivos.

En tal sentido, desde el 2012 se plantea que la protección de los suelos constituye un problema de seguridad nacional y sustentabilidad (Cánepa et al., 2012), para lo que se deben establecer estrategias con procedimientos tecnológicos y un sistema de vigilancia a los mismos. Esto se corresponde con los lineamientos establecidos en el 2017, en la agenda del 2030 de la FAO para el desarrollo sostenible de los pueblos, aspecto que se promueve activamente en el año 2015 al 2024, considerada como la década internacional del suelo. A pesar de estas condiciones, el monitoreo del impacto de los manejos realizados no son generalizados, pues los protocolos convencionales utilizados no siempre son viables para ser aplicados de manera sistemática, por el alto costo y laboriosidad de algunas técnicas, equipos e instrumentales requeridos en el análisis cuantitativo de calidad de los suelos.

La técnica de cromatografía de papel circular o radial, cuyo método fue introducido para el análisis de la salud de los suelos por Pheiffer en 1933, en la actualidad se ha retomado con estos fines en países como Estados Unidos, Canadá, Alemania y extendido por América Latina fundamentalmente en México, Colombia y Brasil. Los trabajos realizados por Restrepo y Pinheiro han jugado un rol fundamental, llevándolo hasta los productores en las zonas rurales por su accesibilidad a nivel de campo, al no requerir de equipamiento analítico costoso y de permitir la obtención de información integrada de las propiedades físicas, químicas, biológicas y bioquímicas de los suelos Restrepo y Pinheiro (2015).

A pesar de esto, aun no se generaliza la bibliografia cientifica con estos fines y no se ha establecido la integración de la cormatografia radial en los protocolos convencionales de monitoreo de la calidad de los suelos, lo cual pudiera convertirlo en una alternativa viable para establecer la sistematicidad en el seguimento de estado de los mismos durante su manejo. La extensión de esta técnica depende de contar con cromas patrones de los materiales a estudiar y su mayor efectividad con los modelos que permitan hacer predicciones para poder conducir el análisis cuantitativo de los suelos para su estudio más extensivo en los diferentes escenarios. Aspecto que a pesar de las ventajas de esta técnica puede limitar su establecimiento en protocolos convencionales de monitoreo del estado de los suelos, en especial los cubanos y los Ferralíticos Rojos, donde no se cuentan con referencias al respecto.

De acuerdo con estos antecedentes el presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la viabilidad de la cromatografía radial como método analítico complementario para el estudio sistémico de suelos Ferralíticos Rojos con diferentes manejos. Con estos fines es necesario la obtención de cromas patrones para estos suelos sustentados con los modelos matemáticos que asocien la información cualitativa aportada por las cromas con variables cuantitativas convencionales usadas en el monitoreo de los suelos, lo que permitiría la generalización de esta técnica en el diagnóstico integrador y preliminar del estado de los mismos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Caracterización de los suelos en estudio

Se tomaron suelos representativos de la zona, de la provincia de Mayabeque. Fueron caracterizados por su descripción morfológica, según la última versión de clasificación de los suelos de Cuba Hernández et al. (2015), como suelos Ferralíticos Rojos hidratados (FRh), que se correlacionan con las bases de datos de Europa del World Reference Base (2008) y la clasificación de suelos norteamericana Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 2010) citado por Arteaga et al. (2018).

Se utilizaron tres suelos con diferentes manejos: uno con baja actividad antrópica (conservado) y dos con alta actividad antrópica (con diferentes grados de degradación y manejo), de acuerdo con las categorías de degradación por la acción antrópica establecidas por Hernández et al. (2014). El historial de manejo y la ubicación de los suelos se reflejan en la Tabla 1, según referencias aportadas por Reyes et al. (2014).

TABLA 1 Historial del manejo y la ubicación de los suelos Ferralíticos Rojos hidratados estudiados 

Suelos FRh Historial de manejo Ubicación
FRh (M) Frutales por más de 40 años sin intervención antrópica San José de las Lajas
FRh (C) Cultivo de Caña de Azúcar por más de 40 años San Nicolás de Bari
FRh (P) Cultivo de papa por más de 10 años (anteriormente caña) San Nicolás de Bari

El procedimiento de trabajo seguido para el desarrollo de la investigación (análisis analítico y cromatográfico), constó de cuatro partes fundamentales: (I) Muestreo de los suelos: se colectaron en cada sitio cinco muestras en cinco puntos, a una profundidad de 0-20 cm, después de identificadas y separadas, se prepararon al ser secadas a la sombra y tamizadas. Para la obtención de muestras representativas se cuartearon y homogenizaron; posteriormente se le determinaron la masa (g). (II) La caracterización cuantitativa realizada por triplicado a los indicadores estudiados, resumidos en la Tabla 2 (la selección de los indicadores de la calidad para el monitoreo de suelos se baso en los referidos en la literatura especializada y las normas establecidas, los cuales se integraron en una metodología para evaluar calidad de suelos Ferraliticos Rojos, referidas por Arteaga et al. (2016). (III) La caracterización cualitativa de los suelos a partir de la obtención e interpretación de las cromas de cada uno y de las fracciones húmicas de estos, siguiendo la metodología utilizada para la cromatografía en papel de filtro circular por Restrepo y Pinheiro (2015), constituida por nueve pasos principales, reflejados en la Tabla 3. (IV) Establecimiento de relaciones parciales de regresión múltiple entre los estudios analíticos y el cualitativo.

TABLA 2 Indicadores evaluados en los análisis cuantitativos de los suelos 

Indicadores Método Referencia
pH a 25 °C (pH metro PHSJ-3F)

  • Potenciométrico

  • (Conductímetro DDSJ-308A).

Conductividad eléctrica (CE), Sólidos disueltos totales (SDT), % salinidad
Respiración basal (RB) Método de respiración por evolución de CO2 ISO 16072 (2002)

  • Biomasa microbiana (MB-C)

  • Relación entre CR/BM

Fumigación-extracción Vance et al. (1989)
Coeficiente metabólico (qCO2) Relación entre RB / MBC Anderson & Domsch (1990)
Carbono orgánico total (COT), Carbono orgánico soluble (COS),

  • Oxidación húmeda

  • (5 mL del extracto de suelo con 10 mL de K2Cr2O7 de concentración 1 mol/L y 20 mL de H2SO4concentrado) Walker-Black, 1934.

  • Colorimétrico (RayLeigh UV 2601)

  • (espectrofotómetro a 600 nm

  • Determinación de ácidos húmicos (AH) y ácidos fúlvicos (AF)

  • (Relación entre AH/AF yAH/COS)

TABLA 3 Metodología utilizada para la cromatografía en papel de filtro circular 

Pasos Descripción (Restrepo y Pinheiro, 2015)
1 Para la preparación del papel filtro watman n0.1, se perforó el centro del mismo con un sacabocados de 2 mm de diámetro, posteriormente se hacen dos agujeros con la punta de una aguja, el primero para marcar la distancia del centro a el recorrido de nitrato de plata (AgNO3), el segundo para la corrida final. Para la obtención de los pabilos se cuadricula el papel de forma que queden cuadros de 2 cm2, los cuales se enrollan para formarlos.
2 Impregnación o sensibilización del papel filtro haciendo uso del AgNO3 al 0.5%, se realiza la misma operación hasta que la solución llega a la segunda marca, se retira el papel y se deja secar horizontalmente sobre un papel secante, inmediatamente se colocan dentro de una caja oscura.
3 Preparación de la muestra de 5 g de suelo con 50 ml de hidróxido de sodio (NaOH) al 1% para disolver, posteriormente se agita circularmente hasta lograr 49 giros y se deja reposar seis horas como mínimo.
4 Extracción de la muestra para el análisis: a 5 g de suelo contenidos en un erlenmeyer se le adicionan 50 mL de una solución recién hecha de NaOH al 1%. Se agitan durante 15 minutos, posteriormente se dejar reposar por una hora y se repite la operación de agitación hasta dejar en absoluto reposo.
5 Impregnación del papel filtro con la solución del suelo: se deja correr hasta los 6 cm.
6 Identificación de los cromatogramas
7 Secado o revelado de los cromatogramas: una vez seco el papel se expone indirectamente a la luz solar.
8 Conservación de los cromatogramas al sumergir en parafina líquida (previamente calentada) para evitar el deterioro del revelado.
9 Descripción e interpretación de los cromatogramas: se realizó basada en la identificación de las zonas que lo componen teniendo en cuenta el número, tamaño o ancho y forma presente en la imagen; además de la regularidad o no de la forma, la armonía e integración de las zonas, presencia de colores revelados, formación de anillos, nubes, manchas, halos, formas de las terminaciones (bordes) de las radiaciones obtenidas (Figura 1).

Este último aspecto fue valorado con el análisis de costos que interviene en la técnica cualitativa de cromatografía en papel filtro circular comparado con los análisis cuantitativos, tomando para esta última los precios de análisis cuantitativos disponibles.

FIGURA 1 Zonas que componen el cromatograma. 

Para la determinación del ancho de las zonas de las cromas y separación entre las radiaciones se utilizó el pie de rey (Figura 1).

Se realizó un estudio de costo a partir del gasto procedente del análisis cualitativo con la cromatografía radial comparado con el producido en los análisis cuantitativos realizados, tomando para esta última los precios de análisis cuantitativos disponibles (OMA, 2019).

La elaboración de los gráficos y tablas se realizaron con el software Microsoft Excel 2010 del Sistema Operativo Windows 10. Los resultados del análisis cuantitativo se procesaron estadísticamente con el Paquete Estadístico Statgraphics XVII, utilizando ANOVA simple y la prueba de comparación multiple Tukey (p ˂0,05). Además, en los estudios de las cromas se empleó el método de asociación de regresión múltiple y los coeficientes de determinación para establecer descriptivamente la significación de los modelos; así como las pruebas parciales de significación de las variables independientes.

En el estudio de lo modelo las variables dependientes son: pH, conductividad eléctrica, solidos disueltos totales, salinidad, respiración basal, biomasa microbiana, carbono orgánico total, relación entre los AH /AF y de AH/ COS; y las variables independientes: ancho de las zonas de la croma y la separación de las radiaciones en la misma para cada suelo de estudio. Se establecieron dos modelos para los suelos: (I) patrón (p) tomado el de mango. (II) agrogénicos (a) de papa y caña. Para esos últimos presentaron un coeficiente de determinación superior que el obtenido en los modelos para los suelos de papa y caña por separado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Evaluaciones cuantitativas de propiedades físico- químicas y biológicas de los suelos

Los valores de las propiedades físico-químicas son reflejados en la Tabla 4, estos son indicativos de un suelo de muy baja actividad antrópica para el FRh (M), mientras que los valores de los otros dos suelos, FRh (C) y FRh (P), sugieren de acuerdo con su historial de manejo que han estado bajo cultivo intensivo por largo tiempo y reflejan una tendencia a la alta actividad antrópica.

TABLA 4 Propiedades físico-químicas de los suelos Ferralíticos Rojos hidratados con papa FRh(P), caña FRh(C) y mango FRh(M) 

Suelos pH (H2O) CE (mScm -1) STD (g.L-1) Salinidad (%)
FRh (M) 6,30a 12,24a 7,34a 0,71a
FRh (C ) 8,12b 13,22b 7,53a 0,73a
FRh (P) 8,15b 13,24b 7,54a 0,73a
ES 0.066 0.028 0.025 0.04

Letras diferentes difieren significativamente entre sí, Tukey p< 0.05%

El valor del pH en el suelo FRh (M) es cercano al rango de la neutralidad y para los suelos de alta actividad antrópica reflejan un carácter básico. Los incrementos de los valores del pH por la acción antrópica, son referidos al agua de riego y el cambio climático ocurrido que trae consigo una recalcificación de los horizontes del suelo (Hernández et al., 2014). Como consecuencia se observa una tendencia al incremento de las propiedades de conductividad eléctrica (CE) y sólidos disueltos totales (SDT), sin encontrarse diferencias significativas (p ˂0,05) entre la salinidad de los mismos, al comparar estos suelos agrogénicos con el más conservado de mango.

Estos valores se encuentran dentro del rango establecido para suelos Ferralíticos Rojos conservados y degradados según (Hernández et al., 2014) y los referidos por Reyes et al. (2014) en el estudio cuantitativo de las propiedades de estos suelos Ferralíticos Rojos hidratados.

En la Tabla 5 se muestra la caracterización de la materia orgánica de los suelos evaluados, el mayor valor del carbono total (C total) se registró en el suelo con baja actividad antrópica de mango FRh (M), con relación a los sometidos a cultivo intensivo de papa y caña. Entre estos últimos, se encontraron diferencias significativas (p< 0.05), siendo superado en más del doble el valor del FRh (C) con relación al encontrado en el suelo FR(P); donde se aprecia que se ha producido una reducción significativa en la retención del carbono, lo que sugiere una mayor actividad antrópica con el cultivo de la papa. Estos resultados se corresponden con lo expresado por (Hernández et al., 2014), en cuanto a la pérdida del contenido de carbono en los suelos con gran actividad antrópica y con los obtenidos para estos suelos por Reyes et al. (2014).

TABLA 5 Propiedades de la materia orgánica de los suelos evaluados 

Suelos Ctotal (g∙C∙kg-1) C/N COS (g∙C∙kg-1) C (AH/AF) C (AH/COS)
FRh (M) 74,37a 7,34 a 24,54 a 1,22 a 0,55 a
FRh (C) 68,50 b 6,76 b 9,48 b 0,91 b 0,48 b
FRh (P) 24,52 c 2,42 c 3,43 c 0,17 c 0,15 c
Es 5,971 0,589 2,375 0,117 0,046

*Letras diferentes difieren significativamente entre sí, Tukey p< 0.05%

En cuanto al carbono orgánico soluble (COS) también se observan valores superiores con diferencias significativas entre el manejo FRh (M) con respecto al resto de los suelos agrogénicos, sugiriendo pérdidas de las reservas de carbono. La cuales pueden encontrase entre un 30% y un 75%, según lo indicado por (Hernández et al., 2014) para suelos FR como resultado de la explotación agrícola intensiva. Estos autores plantean que en Cuba las pérdidas de COS en los suelos Ferralíticos han sido elevadas en los horizontes superficiales (0-20 cm), debido al uso intensivo con cultivos de pocas raíces como la caña y la papa.

Con respecto a la relación AH/AF y AH COS mostradas en la Tabla 5, se observa que el suelo FRh (M) presentó los mayores valores, diferenciándose significativamente del FRh (C) y FRh (P), siendo más significativa la disminución en este último. Estos índices sugieren la disminución en la calidad de la materia orgánica presente en el suelo mango > caña > papa (Santos & Camargo, 2008). Semejantes patrones muestran los valores de la relación C/N, indicando en estos suelos una pérdida en la estabilidad, fundamentalmente para el suelo con papa.

Las propiedades biológicas evaluadas en los suelos (Tabla 6) confirman los resultados anteriores, la respiración basal evaluada en estos suelos se diferencian significativamente entre el mango y la caña y papa; la biomasa microbiana marca más las diferencias entre estos suelos, incluso entre los agrogénicos, donde se observa una marcada pérdida de la biomasa microbiana presente.

TABLA 6 Propiedades biológicas de los suelos evaluados 

Suelos CR (mgCO2.kg1∙h-1) BM (mg∙kg-1) qCO2(h-1)
FRh (M) 186,38 a 35,55 a 0,0052 c
FRh (C) 160,34 b 6,56 b 0,0244 b
FRh (P) 174,42 b 2,81 b 0,0620 a
Es 4,899 3,961 0,006

*Letras diferentes difieren significativamente entre sí, Tukey p< 0.05%

Más significativas aun las diferencias entre los suelos se presentan en el coeficiente metabólico, tiende a ser mayor en los suelos FRh (C) y FRh (P) con respecto al FRh (M), indica una tendencia al incremento del gasto de carbono en la respiración por unidad de biomasa microbiana para los más degradados, debido a una mayor actividad producto del proceso de mineralización, lo que sugiere un estrés microbiano como consecuencia del manejo del suelo (Santiago et al., 2018), al ser referido como un indicador sensible a los cambios producidos durante el cultivo intensivo, siendo de gran utilidad para estimar la calidad edáfica temprana de un suelo (Arteaga et al., 2018).

Caracterización cualitativa de los suelos en estudio

Al observar las imágenes representativas de cada suelo FRh bajo distintos manejos (Figura 2), es posible apreciar las marcadas diferencias entre estos, principalmente entre el suelo de baja actividad antrópica, FRh (M), con los de alta actividad antrópica: FRh (C) y FRh (P), e inclusive entre estos últimos entre sí.

FIGURA 2 Imágenes de los cromas para todas las réplicas realizadas de los suelos Ferralíticos Rojos hidratados con diferentes manejos en el orden mango FR(M) - caña FR(C)-papa FR(P) y de sus fracciones húmicas. 

El análisis de las imágenes de las cromas se puede sintetizar en los siguientes elementos:

(I) La croma para el suelo mango (Figura 3), se interpreta como con buena estructura no compactado, valorado en la Z. central (ZC) con un color cremoso que se desvanece para integrarse a la siguiente zona y el resto entre sí (ZC, ZM, ZP, ZE); la zona intermedia (ZM) se aprecia con una colación café claro combinada con las siguiente zona de la materia orgánica o proteica (ZP), lo cual indica la diversidad mineral asociada a la materia orgánica con una buena presencia y disponibles para las plantas e integrados por la actividad microbiológica, se manifiesta con coloraciones doradas. Las radiaciones y ondulaciones en la Z. enzimática revelan una buena actividad enzimática y proteica, de acuerdo a lo planteado como deseadas para suelos que no han sufridos cambios drásticos en su composición (Restrepo y Pinheiro, 2015), lo que se corresponde con el historial de manejo de este suelo con más de 40 años sin intervención antrópica con la presencia de Frutales además con los resultados de la propiedades físico - químicas y biológicas antes analizadas (Tablas 4, 5 y 6).

(II) En la croma para los suelos de caña y papa (Figura 3), sugieren que han sido tratados con altas dosis de fertilizantes y de mecanización, las ZC se presentan más amplia y de color blanco que se integra a la próxima zona de manera homogénea, lo cual indica la falta de estructura y el efecto del uso de gran cantidad de químicos en el suelo, fundamentalmente , aunque pudiera haber existido también aplicación de estiércol; insumos que se han aplicado en altas dosis establecidas en el paquete de fertilización para la producción de papa en Cuba (Minag-Cuba, 2016).

FIGURA 3 Análisis de las zonas central e interna en las imágenes cromatográficas de los suelos FRh de mango (M), caña (C), papa (P). 

La zona mineral (ZM), en el suelo de caña comienza a definirse y ser menos integrada con una coloración más oscura que se intensifica en el suelo de papa, así como su amplitud más amplia (menos integrada aún), con terminaciones lisas, definida y no formada (Figura 3). En las cromas de estos suelos se interpreta una zona mineral que se encuentra bloqueada, evidenciando la nula interacción con la zona de materia orgánica, indicando la ausencia de transformación de los minerales (Restrepo y Pinheiro, 2015).

La zona del a materia orgánica o proteica (ZP) que representa la materia orgánica (Figura 3), revela el equilibrio que existe entre los procesos de mineralización y de humificación, muestra la presencia ideal en el mangal, sin embargo, para el suelo de caña resulta en una coloración un poco oscura, lo que sugiere la existencia de un proceso lento de descomposición, donde comienza a prevalecer la mineralización. Los contenidos de C total y relación de C humificado/ COS apoya esta información obtenida, como donde la degradación de los suelos se corresponde con las pérdidas de carbono porque prevalece la mineralización sobre el de humificación que disminuye según Santiago et al. (2018), en el sentido mango-caña-papa.

(III) El análisis de la calidad de la materia orgánica del suelo, a partir de las cromas realizadas a las fracciones humificadas (ácidos húmicos AH y fúlvicos AF), se refleja claramente en las imágenes de los cromas (Figura 4), se corresponde con los valores obtenidos en la relación del C de lo AH y el COS, evidenciado con los mayores valores para el mango, donde dicha croma refleja una mayor estabilidad en las fracciones humificadas. Para el caso de los suelos agrogénicos se muestra más bloqueada fundamentalmente para la papa, reflejado con el halo carmelita oscuro presente en la croma de papa.

(IV) La Zona enzimática ZE (Figura 3 y 4), evidencia los procesos de humificación y la presencia de nutrientes asimilables por las plantas en el mangal, la forma de las terminaciones dentadas y las sombras entre ellas muestran la alta disponibilidad de estos y la coloración carmelita muy oscuro indica además procesos de humificación. Para los suelos de caña y papa carece de forma con ausencia de terminaciones, lo que sugieren procesos de humificación lentos pudiendo llegar a ser escasos superado por el proceso de mineralización, lo cual evidencia una actividad biológica limitada.

FIGURA 4 Imágenes cromatográficas de las fracciones húmicas (AH) y fúlvicas (AF) de los suelos FRh de mango (M), caña (C), papa (P). 

(V) Esto se puede complementar al analizar el contraste radiográfico que se muestra en la Figura 4, con respecto al suelo del mangal. En este la formación radial parte desde el centro hacia las zonas externas (Figura 3 y 4), se muestra ramificada en forma de plumillas; esto revela la diversidad de nutrientes y de microbiología activa presente en el suelo para el mango, las texturas grumosas son síntoma de agregados orgánicos y floculación abundante, lo cual es deseable para un suelo de calidad adecuada (Medina et al., 2018). Sin embargo, los cromatogramas de caña y papa no presentan una formación radial, como el mangal, lo que evidencia la falta de equilibrio total en estos suelos debido a su manejo. Las características de los cromatogramas de caña y papa se corresponden a suelos destruidos por fertilizantes altamente solubles de origen sintéticos, según Restrepo y Pinheiro (2015) y así lo indican el análisis cuantitativo realizado a estos suelos, expuestos en las tablas 4 , 5 y 6.

La evaluación de las propiedades físico-químicas y biológicas en los suelos Ferralíticos Rojos hidratados mostró diferencias notables entre los manejos recibidos, de conservación y con alta actividad antrópica, donde entre estos dos suelo de caña (C) y papa (P) se observan diferencias significativas entre ellos, siendo más significativa la degradación para el suelo de papa que se evidenciaron claramente en modificaciones reflejadas en las imágenes de las cromas, indicando la selectividad, especificidad de este método para evaluar de manera previa e integrada el estado de los suelos a nivel de la materia orgánica, los minerales y su microbiología, aportando información integradora.

Modelos para predecir variables cuantitativas del estado de los suelos agrícolas

Se seleccionaron los modelos más significativos desde el punto de vista descriptivo, a partir de los coeficientes de determinación R2, en ellos se destacan las variables más significativas en cada modelo obtenido a partir del análisis parcial de las variables independientes, siendo de manera general las zonas centrales (ZC), la enzimática (ZE) y la de la materia orgánica o proteica (ZP) las que más aportan a las variables dependientes de los indicadores cuantitativos analizados.

MODELOS DE REGRESIÓN (Sig: 0.0000 ***) (Est: 95%)

  • p: suelo patrón (FRh Mango) a: Suelos agrogénicos (FRh caña y papa)

  • Ind. Cuantitativos: STD: sólidos disueltos totales, C: carbono, AH: ácidos húmicos, AF: ácidos fúlvicos. COS: carbono orgánico suelo. MO: materia orgánica. CE: conductividad eléctrica. COT: carbono orgánico total. BM: biomasa microbiana. Respiración basal del suelo (CR). Coeficiente metabólico (qCO2).

  • Ind. Cualitativos: ANCHO DE LAS ZONA DE LAS CROMAS Y SEPARACIÓN ENTRE LAS RADIACIONES

Zona (Z) Central (ZC) Mineral (ZM) Materia Orgánica o Proteica (ZP) Enzimática (ZE) Separación entre las radiaciones (SRa)
Combinación de las Z. mineral y proteica (ZM + ZP)

  • Modelos:

  • Yp (pH H 2 O) =7.03709+0.5081*ZC+0.0561*(ZM + ZP) +0.0936*ZE+0.2733*SRa (Es: 0.1738. R2:92,0001%)

  • Ya (pH H 2 O) =7,1852+0,1944*ZC+0,0799*ZM + 0,0216ZP +0,1144*ZE+0,0522*SRa (Es: 0,025. R2:91,3419%)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral con la Z. MO o proteica, Z. Enzimática y en la separación de las Radiaciones aumenta en 0.5081, 0.0561, 0,034927, 0.0936, 0.2733 unidades el valor de pH en H2O respectivamente.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral, Z. MO o proteica, Z. Enzimática y en la separación de las Radiaciones aumenta en 0,1944, 0,0799, 0,0216, 0, 1144, 0,0522 unidades el valor de pH en H2O respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (CE) = 12.555 +0.2227*ZC +0.0878*(ZM + ZP) +0.0532*ZE +0.1852*SRa (Es: 0.1261. R2: 93,50%)

  • Ya (CE) = 12.945 +0.1998*ZC +0.2168*ZM + 0,8796 *ZP +0.1213*ZE +0.2222*SRa (Es: 0.1011. R2: 96,35%)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral con la Z. MO o proteica, Z. Enzimática y en la separación de las Radiaciones aumenta en 0.2227, 0.0878, 0.0532, 0.1852 unidades el valor de la CE respectivamente.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral, la Z. MO o proteica, Z. Enzimática y en la separación de las Radiaciones aumenta en 1998, 0.2168, 0,8796, 0.1213, 0.2222 unidades el valor de la CE respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (COT) = 12.9446 + 2.7193 *ZC - 2.2012 (ZM + ZP) + 0,02567*ZE - 0.8968 *SRa (Es: 0,0 07 R2: 94,7414%)

  • Ya (COT)=0,0213-0,0048*ZC+0,0022*ZM+0,0014*ZP+0,0021*ZE+0,0010*SRa (Es: 0,001. R2: 92,7967%).

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Central aumenta en 2.7193 U el valor del COT y en las Z. mineral con la proteica y entre radiaciones disminuye en 2.2012 y 0.8968 unidades respectivamente.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral con la Z. MO o proteica, Z. Enzimática y con la separación de las Radiaciones aumenta en 0,0048, 0,0022, 0, 0,0014, 0,0021, 0,0010unidades el valor de COT respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (C/N) = 14.9136 + 2.1392 *ZC - 2.5522 *(ZM+ ZP) + 0,6789 *ZE - 1.4837 SRa (Es: 0,059. R2: 85,25%)

  • Ya (C/N)=11,7385-0,0523*ZC-0,0134*ZM-0,0241*ZP- 0,0433*ZE + 0,0131*SRa (Es: 0,009. R2: 93,2713%.)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Central aumenta en 2.1392 U el valor de la relación C/N y en las Z. mineral con la Proteica y entre radiaciones disminuyen en 2.5522 y 1.4837 unidades respectivamente.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral, de la Z. MO o proteica y Z. Enzimática disminuye en 0,0523, 0,0134, 0, 0,0214, 0,0433 unidades el valor de COT respectivamente y aumenta en 0,0131 u con la separación de las Radiaciones.

  • Modelos:

  • Yp (AH) =2,5220+5,9295*ZC-1,01196*(ZM + ZP) +1,0222*ZE +1,4960*SRa (Es: 0,9360. R2: 88,63%).

  • Ya (AH) =1,1213+3,8997*ZC+2,3456*ZM+ 0,8956 *ZP +0,0213*ZE +0,5454*SRa (Es: 0,8123. R2: 75,56%).

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Enzimática y en la separación de las radiaciones, aumenta en 5.9295, 1.0222 y 1.4960 unidades el valor de los Ácidos Húmicos respectivamente y en la Z. mineral con la proteica disminuye en 1.01196 U.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. mineral, Z. proteica, Z. Enzimática y en la separación de las radiaciones, aumenta en 3,8997, 2,3456, 0,0213, 0,5454 unidades el valor de los Ácidos Húmicos respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (AH+AF) = 13.2709 +7.3643*ZC -2.9801*ZM+0.2438 *ZP +1.1708 *ZE + 0.3729*SRa. (Es: 1.1859. R2: 91,86 % )

  • Ya (AH+AF) = 10.1987 +5.8900*ZC -4.5432*ZM+0.5673 *ZP +0. 5667*ZE + 0.2138*SRa. (Es: 0,9998. R2: 90,79 % )

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Proteica, Z. Enzimática y la separación entre las Radiaciones aumenta en 7.3643, 0.2438, 1.1708, 0.3729 unidades el valor de AH+AF y en la Z. mineral disminuye en 2.9801 unidades respectivamente.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Proteica, Z. Enzimática y la separación entre las Radiaciones aumenta en 5.8900, 0.5673, 0. 5667, 0.2138 unidades el valor de AH+AF y en la Z. mineral disminuye en 4.5432 unidades respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (BM) = 25.799 +32.2203*ZC -8.6344*ZM +5.8494*ZE +4.5610*SRa (Es: 0.4942. R2: 90,16%)

  • Ya (BM) = 20,212 +23.4335*ZC +6,8901*ZM +4,9980*ZE +3,1278*SRa (Es: 0.6235. R2: 87,69%)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Mineral, Z. Enzimática y en la separación de las radiaciones aumenta en 32.2203, 5.8494 y 4.5610 U la biomasa microbiana respectivamente y en la Z. Mineral disminuye 8.6344 U.

  • Por cada unidad de incremento de las Z. Central, Z. Enzimática y en la separación de las radiaciones aumenta en 23.4335, 6,8901, 4,9980, 3,1278 U la biomasa microbiana respectivamente.

  • Modelos:

  • Yp (CR) = 213.01 - 12.6022 *ZM - 4.8595 *ZE + 14.2398 *SRa (Es: 16.4602. R2: 24,75%)

  • Ya (CR) = 11,54 - 69,7890 *ZM - 10,3456 *ZE + 12,8907 *SRa (Es: 10,6783. R2: 19,67%)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Mineral y la Z. Enzimática disminuye en 12.6022 y 4.8595 U el valor de la respiración basal respectivamente, por cada unidad de incremento de la separación entre Radiaciones aumenta 14.2398 U la CR.

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Mineral y la Z. Enzimática disminuye en 69,7890 y 10,3456 U el valor de la respiración basal respectivamente, por cada unidad de incremento entre Radiaciones aumenta 12,8907 U la CR.

  • Modelos:

  • Yp (qCO 2 ) = -0.0685 -0.0172*ZC+0.0293*ZM -0.0018*ZE +0.0028*SRa (Es: 0.0140. R2: 91,69%)

  • Ya (qCO 2 ) = -1,1230 -1,2390*ZC+1,1225*ZM -1,8790*ZE +1,1213*SRa (Es: 0.0056. R2: 97,89%)

  • Predicción:

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Mineral y la separación de las radiaciones se incrementa en 0.0293 y 0.0028 U el Coeficiente Metabólico respectivamente, por cada unidad de incremento en la Z. Central y la Z. Enzimática disminuye 0.0172 y 0.0018 U.

  • Por cada unidad de incremento de la Z. Mineral y la separación de las radiaciones se incrementa en 1,1225y 1,1213 U el Coeficiente Metabólico respectivamente, por cada unidad de incremento en la Z. Central y la Z. Enzimática disminuye 1,2390 y 1,8790 U.

Con los modelos de regresión propuestos es posible predecir a partir de las cromas variables dependientes como el pH, el contenido de C orgánico total, relación C/N, CE, las fracciones humificadas del suelo a través de los indicadores: AH, AH+AF y de la actividad biológica del suelo como la biomasa microbiana y coeficiente metabólico, lo que permitirá sustentar la interpretación de los resultados e introducir este método en el análisis sistémico para el monitoreo de la calidad de los suelos.

Con la aplicación de la cromatografía radial se obtuvo cromatogramas patrones con los respectivos modelos de regresión múltiples que pueden tener su utilidad en estudios futuros de suelos Ferralíticos Rojos hidratados con diferentes manejos para predecir las propiedades físico-químicas y biológicas imprescindibles a evaluar y de esta forma sugerir el procedimiento a seguir para ejecutarlo por vía analítica. Esto puede hacer más viable el monitoreo sistémico de los mismos por la disminución en la complejidad de la metodología seguida para su realización con ahorro de tiempo y en la economía del proceso.

Este último aspecto fue valorado a través del análisis de costos que interviene en la técnica cualitativa de cromatografía en papel filtro circular comparado con los análisis cuantitativos. La valoración económica se realizó a partir del costo medio de cinco réplicas de análisis cromatográfico en papel filtro circular es de $23.40 USD, con los cuales se puede realizar el análisis de 13 variables ($1.98 por variable). En cambio, los análisis cuantitativos se cotizan en un rango de $95.00, costo $7.31/ variable. Lo cual demuestra la factibilidad del método no sólo por su sencilles que le permite ser aplicado en estudios “ in situ” en los sistemas de producción, sino también por los bajos gastos económicos que conllevan con su utilización.

De estos resultados se deriva un protocolo de trabajo para el monitoreo sistémico de suelos con diferentes manejos durante su explotación al introducir la cromatografía radial al mismo, lo que contribuiría a lograr el mantenimiento de la sustentabilidad de este recurso natural tan importante durante su uso.

CONCLUSIONES

La cromatografía radial resultó ser un método rápido, funcional, integrador y económico que permite ser adecuado a las condiciones existentes in situ para predecir indicadores que lleven a complementar el estudio cuantitativo de los suelos Ferralíticos Rojos con diferentes manejos, haciendo más viable el monitoreo sistémico para diagnosticar su calidad en la toma de decisiones agrícolas adecuadas; lo que conllevaría a establecer una gestión autonómica del conocimiento del suelo durante su manejo, logrando contribuir a su sostenibilidad.

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Recibido: 13 de Octubre de 2020; Aprobado: 18 de Junio de 2021

*Author for correspondence: Mayra Arteaga-Barrueta, e-mail: mayra@unah.edu.cu

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