SUSTANCIAS HÚMICAS: TODO LO QUE DEBES SABER PARA SU USO EN LA AGRICULTURA
Importancia
Importancia
La importancia del estudio y del manejo de las sustancias húmicas, radica en la gran influencia que tienen sobre el crecimiento y desarrollo de los cultivos, tanto en forma directa como indirecta. Los efectos indirectos se refieren al papel de las sustancias húmicas en el mejoramiento de la fertilidad del suelo y específicamente en los atributos físicos, químicos y biológicos del mismo. Los efectos directos se relacionan con la absorción de las sustancias húmicas por las plantas cultivadas y los cambios que promueven en el metabolismo de las mismas, lo cual finalmente puede reflejarse en una mayor tolerancia de la planta al estrés ambiental y una mejor producción y calidad en las cosechas.
Las sustancias húmicas en el suelo contribuyen a mejorar la actividad microbiana del mismo (bacterias, hongos y actinomicetos), lo cual resulta en mejores condiciones para el establecimiento de las raíces y consecuentemente de la planta. Asimismo incrementan la capacidad de retención de humedad, aumentan la capacidad de intercambio iónico, elevan la disponibilidad de micronutrimentos por medio de la quelatación, contribuyen en la formación de la estructura granular, auxilian en la degradación o inactivación de sustancias tóxicas, mejora la capacidad amortiguadora del suelo en el pH en las sales, entre otros efectos.
Las sustancia húmicas pueden ser absorbidas por las plantas y semillas e intervenir en su metabolismo. Esto favorece la germinación de las semillas, el crecimiento radical, la absorción nutrimental.
Origen
Los residuos orgánicos, vegetales y animales, manejados o depositados en diferentes ambientes, tales como suelo, compostas, biodigestores, turberas, pantanos, carbones, se ven sometidos a un proceso de transformación esencialmente microbiana. Este proceso consta fundamentalmente de dos vías, la mineralización y la humificación, las cuales se detallan en la Figura 1. La mineralización consiste en el paso de los nutrimentos de sus formas orgánicas a formas inorgánicas aprovechables por los cultivos. Un ejemplo de lo anterior es el nitrógeno, el cual puede estar en forma de proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos, clorofila, etc., en los residuos orgánicos, compuestos que son consumidos por los microorganismos como fuente energética, liberando amonio como subproducto. La humificación es el conjunto de reacciones que conducen a la formación de sustancias húmicas.
En el proceso de humificación, la explicación más aceptada se maneja en la denominada TEORÍA DEL POLIFENOL. Esta teoría se describe con mayor especificidad en Rodríguez (1991). Con base en esta teoría, los pasos en la formación del humus se encuentran esquematizados en la Figura 2.
Las quinonas derivadas de las ligninas y/o sintetizadas por los microorganismos, son las principales unidades de construcción de las sustancias húmicas. Como fuente de quinonas en la naturaleza se tiene la lignina, los microorganismos, fenoles no combinados en las plantas, los glucósidos, los taninos. Entre ellos los derivados de la lignina y los microorganismos han sido los más estudiados.
En relación con el ataque de la lignina por microorganismos, los hongos microscópicos del grupo Deuteromicetos, juegan un enorme papel en la descomposición de la lignina y formación de las sustancias húmicas.
Los microorganismos que se distinguen por la producción de polifenoles son lo actinomicetos y los hongos. Se tienen los siguientes ejemplos: a) Stachybotrys atra y S. chartarum produjeron en un medio de cultivo 20 fenoles diferentes; b) Epicocccum nigrum sintetizó 24 fenoles diferentes en un medio de cultivo; c) Hendersonula toruloideaformó alrededor de 45 fenoles diferentes que, al unirse entre sí, forman polímeros de color oscuro; d) S. chartarumal consumir 30 g de glucosa produjo una biomasa de la cual el 30% eran compuestos fenólicos. Se ha observado que al adicionar glucosa con C-14 a un suelo esterilizado y posteriormente incubado con S. chartarum, se produjeron fenoles con C-14.
En el paso final de la condensación de las quinonas, indicadas en la Figura 2, puede haber participación de compuestos aminados. Con el advenimiento de la investigación con nitrógeno marcado N-15, fue posible dilucidar el papel del nitrógeno en el proceso de formación de las sustancias húmicas, el cual se resume a continuación: a) acelera la formación de las sustancias húmicas; b) aumenta la cantidad de sustancias húmicas formadas; c) incrementa la resistencia de las sustancias húmicas a la biodegradación.
Este efecto del nitrógeno tiene enorme consecuencias desde el punto de vista práctico, ya que se está en posibilidades de: a) acelerar la formación de una composta a partir de un material de baja calidad (paja, celulosa), incrementando su valor fertilizante en nitrógeno; b) favorece el proceso de humificación de los residuos de cosecha en el suelo, principalmente aquellos que tienen una relación C/N alta, como las pajas; c) se reducen las pérdidas de nitrógeno de los fertilizantes, incrementando su eficiencia y su efecto residual.
La magnitud del efecto del nitrógeno en la humificación, dependerá de la fuente de nitrógeno utilizada. Las fuentes orgánicas son más efectivas para elevar el contenido de nitrógeno en las sustancias húmicas, en comparación con las fuentes inorgánicas. Las fuentes inorgánicas incrementan su incorporación a las sustancias húmicas, por la presencia de la arcilla montmorillonita. El amonio con fuente inorgánica, ha probado ser más efectiva para incrementar la formación de sustancias húmicas como para elevar el contenido de nitrógeno en ellas.
El nitrógeno en el proceso de humificación entra a formar parte de las sustancias húmicas, bajo dos formas: a) compuestos orgánicos, principalmente aminados y b) amoniaco. Una vez incorporado, el nitrógeno se ubica dentro de la cadena heterocíclica y en las cadenas laterales (amino o aminoazúcar). El primero es disponible a largo plazo, mientras que el N de las cadenas laterales, se considera como la fuente de nitrógeno durante un ciclo de cultivo.
Las arcillas juegan un notable papel en el proceso de humificación. Esta influencia puede ser debida al efecto de la arcilla sobre la actividad y población de los microorganismos, o bien mediante un efecto directo al catalizar los procesos de polimerización de los precursores del humus.
El efecto de las arcillas sobre la humificación se puede explicar mediante los siguientes mecanismos: a) un ambiente de protección para los microorganismos, tanto de la acción de los depredadores naturales como de las sustancias adversas, como el pH y los antibióticos; b) un mejoramiento de abastecimiento de micronutrimentos hacia los microorganismos; c) una concentración de enzimas y sustratos en la superficie coloidal con acelerada actividad; d) una estabilización de los compuestos orgánicos, tanto de los adicionados como de lo de reciente formación.
Las fuentes orgánicas de nitrógeno o el amonio, junto con la arcilla montmorillonita, han mostrado una gran efectividad en la formación de sustancias húmicas. Esto debería ser tomado en consideración cuando se realiza un compostaje con base en materiales pobres en nitrógeno y ricos en carbohidratos, tales como las pajas o la celulosa.
Caracterización
Las sustancias húmicas o humus son moléculas complejas de color negro o café oscuro, con elevado peso molecular, propiedades coloidales e hidrofílicas, capacidad de adsorción y desorción iónica, liberación de nutrimentos a mediano y largo plazo. Estas sustancias húmicas son clasificadas con base en la solubilidad de sus componentes en soluciones de diferente pH. Así resultan cuatro fracciones: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, ácidos himatomelánicos y huminas, según se desprende de la Figura 3.
Las huminas es la fracción de las sustancias húmicas que no son solubles en medio alcalino ni ácido. Es la parte del humus más resistente a la descomposición. Algunas de las funciones de las huminas se relacionan con la capacidad de retención de humedad, con la formación de la estructura y estabilidad del suelo, en la capacidad de intercambio iónico. Otras propiedades de estas sustancias se presentan en el Cuadro 1.
Los ácidos húmicos es la fracción de las sustancias húmicas que son solubles en medio alcalino, pero insolubles en medio ácido. Poseen una estructura flexible y ramificada, con multitud de cavidades internas, lo que determina su capacidad de absorción de agua. Un 35% de la molécula son ácidos con estructuras de carácter aromático, lo cual conforma el centro de la molécula; el restante 65% está constituida por cadenas laterales alifáticos (aminoácidos, péptidos, ácidos alifáticos). Los ácidos húmicos pueden mejorar la disponibilidad de los cationes, tanto por la capacidad de intercambio catiónico, como por la facilidad de quelatación de los mismos. Otras características se encuentran en el Cuadro 1.
Los ácido fúlvicos es la fracción de las sustancias húmicas que son solubles en medio alcalino y ácido. Es la parte más pequeña de las sustancias húmicas, según se describe en el Cuadro 1. Por su gran abundancia de grupos carboxilos e hidroxilos, son muy reactivos químicamente, resultando en una alta capacidad de intercambio catiónico. Por su tamaño pequeño, los ácido fúlvicos tienen mayores posibilidades de ser absorbidos por las plantas, tanto por las raíces como por las hojas.
USO EN LA AGRICULTURA
La materia orgánica de los terrenos agrícolas es uno de los indicadores de la calidad del suelo. El contenido deseable de materia orgánica en los suelos es de 3.5%, con excepción de los andisoles donde se buscan valores del 13.5%. El humus o sustancias húmicas constituyen la mayor proporción (65-75%) de la materia orgánica. El aporte de abonos orgánicos a los terrenos, es la forma más eficaz para elevar el contenido de materia orgánica. Para esto se prefieren los abonos que tienen un alto índice de humificación (40%), ya sea porque se ha avanzado en el proceso de formación de las sustancias húmicas mediante el compostaje, o porque contenga una gran cantidad de compuestos orgánicos precursores de las sustancias húmicas. Para aquellos lugares donde no se tiene una fuente suficiente de abonos orgánicos, se recomienda utilizar sustancias húmicas concentradas.
Las sustancias húmicas concentradas se utilizan en forma sólida o líquida. Generalmente la forma sólida se maneja directamente al suelo, siendo la principal fuente las compostas o los estiércoles maduros, aunque se ofertan en el mercado materiales concentrados como la leonardita (yacimientos de carbón oxidado). La forma líquida puede manejarse vía foliar o vía suelo. La fuente principal de la presentación líquida que se ofrece comercialmente es la leonardita, las cuales comenzaron a utilizarse en México a principios de los años 90 del siglo pasado, aunque se encuentran materiales como "humus de composta o vermicomposta".
Es conveniente mencionar que en el mercado se puede encontrar otras fuentes de sustancias húmicas. Se tienen las "sustancias húmicas sintéticas" desarrolladas por la industria química, las cuales están constituidas por polímeros de acetato vinil, ácido maléico, alcohol polivinil, poliacrilatos, carboximetilcelulosa, isopril acrilamida. Las pruebas realizadas indican que no tienen la misma efectividad que las sustancias húmicas naturales. Otras empresas comercializan las "ulminas" o "sustancias húmicas regeneradas", cuyo material de origen son los carbones naturales a los cuales se les somete a un proceso de oxidación y de fraccionamiento. No obstante que tienen algunas características químicas similares a los ácidos húmicos, no hay evidencia que tenga la misma efectividad.
Las sustancias húmicas tienen enormes efectos en la fertilidad del suelo. Mejoran la actividad microbiana, con lo cual se incrementa la producción de sustancias que ayudan en la formación de la estructura del suelo o pertenecen a los reguladores del crecimiento de las plantas; incrementan la capacidad de retención de humedad; aumentan la capacidad de intercambio iónico; elevan la disponibilidad de micronutrimentos por medio de la quelatación; contribuyen en la formación de la estructura granular y consecuentemente en la aireación y drenaje de los terrenos (Figura 4); auxilian en la degradación o inactivación de sustancias tóxicas como los metales pesados y pesticidas; mejora la capacidad amortiguadora del suelo, de tal manera que modulan el pH y pueden disminuirel nivel de salinidad o cantidad de sales disueltas.
Por otro lado, las sustancias húmicas tienen efectos directos en el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Fracciones de estas sustancias pueden ser absorbidas por las plantas, ya sea a través de las raíces o del follaje. De igual manera se tiene absorción por las semillas. Cuando la molécula es grande la absorción se lleva a cabo pasivamente. Cuando la molécula es pequeña, se presentan una absorción activa.
Una vez dentro de la planta o la semilla, las sustancias húmicas tienen varios efectos bioquímicos en la pared celular, en las membranas y en el citoplasma, los cuales se describen en la Figura 5. Lo anterior se traduce en un mayor crecimiento de diferentes órganos de la planta, en una mayor tolerancia de las plantas al estrés ambiental (temperatura, humedad, salinidad, pH, nutrimentos, enfermedades), así como en un incremento en la calidad y producción de cosechas.
Las sustancia húmicas incrementan la velocidad y/o el porcentaje de germinación de las semillas. Asimismo se ha observado una mejora en la absorción de nutrimentos por las plantas, ya que las sustancias húmicas incrementan la permeabilidad de la membrana celular y promueven cambios eléctricos de los fosfolípidos estructurales de las membranas. Con base en esto se puede mejorar la eficiencia de los fertilizantes químicos y por consecuencia disminuir las dosis aplicadas y los impactos ambientales negativos. Esto ha promovido una gran cantidad de agroquímicos que contienen sustancias húmicas dentro de su composición, además de los nutrimentos. Es común observar el manejo de micronutrimentos, donde las sustancias húmicas actúan como agentes quelatantes según se describe en el siguiente esquema con el cobre y los radicales activos en la superficie de las sustancias húmicas.
Las sustancias húmicas aceleran el metabolismo energético y el contenido de clorofila de las hojas de la planta, sobre todo con los ácidos fúlvicos. También aumentan la concentración del RNA mensajero, modificando la producción de proteínas, tanto las que actúan como enzimas como las proteínas estructurales y transportadoras en las membranas celulares. Los ácido húmicos son efectivos en la regulación de las hormonas de las plantas, al proteger el ácido indolacético de la oxidación enzimática.
Las sustancias húmicas contienen radicales libres, siendo mayor en los ácidos húmicos debido a su mayor estado de humificación o polimerización. Estos radicales libres pueden desempeñar funciones específicas en las plantas, tales como activadores, de catálisis, fotosensitivo.
Los ácidos fúlvicos, en concentraciones de 10 a 100 mg L-1, promueven la iniciación radical. La estimulación del crecimiento de las raíces formadas, ocurre cuando se presenta una combinación de ácidos fúlvicos y húmicos.
Las sustancias húmicas, en concentraciones de 50 a 300 mg L-1 aplicadas vía foliar o en solución nutritiva en concentraciones de 25 a 300 mg L-1, mejoran el crecimiento del tallo de las plantas.
La respuesta de los cultivos a la adición de sustancias húmicas, generalmente sigue el siguiente orden de mayor a menor impacto: hortalizas, gramíneas, leguminosas, oleaginosas.
CONCLUSIÓN
Las sustancias húmicas se forman a partir de los residuos orgánicos mediante la acción de la actividad microbiana, sobre todo los hongos. Se encuentran sustancias húmicas en el suelo, en las compostas, en las turbas y en la leonardita. El uso de sustancias húmicas en la agricultura reporta grandes beneficios a las plantas cultivadas. Estos beneficios pueden ser indirectos y directos. Los indirectos se refieren a que las sustancias húmicas que se encuentran en el suelo o se aplican a los terrenos agrícolas, mejoran la fertilidad del mismo. Esto incluye incrementar de la actividad microbiana, la disponibilidad de los nutrimentos, además de modificar favorablemente los atributos físicos y químicos del suelo. Los beneficios directos, los cuales suponen la absorción de las sustancias húmicas o fracciones de ellas por las plantas y su intervención en el metabolismo de las mismas. Modifican la permeabilidad de las membranas y consecuentemente la absorción nutrimental; mejoran la síntesis de las proteínas y consecuentemente la actividad de las enzimas y la composición de las membranas celulares; elevan la fotosíntesis al incrementar la cantidad de clorofila; actúan protegiendo las hormonas o actúan de manera similar a ellas. Esto se traduce finalmente en una mayor tolerancia de la planta al estrés ambiental, tales como la salinidad, así como en una mayor producción y calidad de las cosechas. Actualmente existen una gran cantidad de agroquímicos que contienen sustancias húmicas en su composición, además de los nutrimentos y otras sustancias orgánicas fisiológicamente activas. Estas sustancias húmicas provienen mayoritariamente de la leonardita.
Autor: Ing. Francisco Rodríguez Neave, Profesor-Investigador de la UACh.
Fuente: http://agriculturers.com/