DETERMINACION DE NITRATOS EN LA MUESTRA DE SUELO Sara Marcela Suárez, Andrés Sebastián Salinas

Laboratorio de Agroquímica Avanzada, Departamento de Química Universidad del Cauca, Popayán

2007. Resumen. En esta práctica se determino el contenido de nitratos en la muestra de suelo en dos extractos, pasta saturada y KCl normal. El procedimiento seguido fue le espectrofotométrico, mediante una curva de calibración con patrones de nitrato en un rango de 0 a 25ppm de NO3

-. El resultado fue un bajo contenido de nitratos, pero, en un nivel equilibrado, pues se reducen los peligros de contaminación, y suficiente para los requerimientos del cultivo. Los resultados se analizan con base a las propiedades fisicoquímicas del suelo.

1. Introducción.

El nitrógeno es después del C, H y O el elemento que la planta requiere y consume en mayor cantidad. El nitrógeno forma parte de todas las proteínas, como también de los nucleoproteidos. Entonces no hay crecimiento sin N, por que no puede realizarse una mitosis. Todos los procesos bioquímicos requieren un soporte proteico, entonces no ocurre ningún proceso metabólico sin interferencia del nitrógeno. La fotosíntesis depende también del elemento en cuestión por que es parte importante de la clorofila. Tanto el hombre como los animales aprovechan en su nutrición los productos nitrogenados vegetales. Cuando los restos animales y vegetales retornan al suelo, son objeto de numerosos procesos de transformación, en su mayoría bioquímicos. A través de los procesos microbianos de fijación del nitrógeno se produce un enriquecimiento en el suelo. Todos estos procesos dinámicos conllevan una serie de transformaciones de los compuestos nitrogenados en los suelos. Así resulta que el contenido y las formas del nitrógeno en el suelo no presentan una

naturaleza estática, sino más bien dinámica. La nitrificación es el proceso por el cual el nitrógeno es transformado por la acción de los microorganismos de la forma amoniacal a nitritos y posteriormente a nitratos. El proceso es de gran importancia agrícola, ya que, aunque algunas plantas pueden aprovechar el nitrógeno amoniacal, para la muchas la forma mas disponible es la de nitrato. En algunas plantas como la de tabaco, son toxicas las altas concentraciones de amonio. El proceso de nitrificación se realiza bajo condiciones aeróbicas, es decir, en presencia de oxigeno libre. La transformación de NO2

- a NO3-

generalmente ocurre a tasas más altas que la conversión de NH4

+ a NO2-. Por

esta razón es poco frecuente que el NO2-

se acumule en el suelo. Debido a la importancia de la fertilización nitrogenada, por mucho tiempo grupos importantes de investigadores han tenido como objetivo establecer índices de disponibilidad del nitrógeno en el suelo con el fin de basar en ellos decisiones sobre tazas de aplicación de fertilizantes. Este objetivo no se ha cumplido, por

múltiples razones, entre las cuales están: a) La gran dinámica de las formas químicas del N en el suelo que determina el paso rápido de una forma a otra, b) Las múltiples variables que regulan los procesos de transformación del N, c) La dificultad de controlar las variables antes mencionadas, muchas de las cuales son de tipo ambiental, d) La capacidad de las plantas de utilizar mas de una fuente química de N para su nutrición, e) Las múltiples variables que regulan los procesos de absorción de N por las plantas, etc. De acuerdo a lo expuesto antes, toma importancia la sugerencia de basar las decisiones sobre tasas de fertilización nitrogenada en los resultados de experimentos de campo sobre respuestas a la fertilización nitrogenada, adelantadas con suficiente rigor, junto con consideraciones sobre las condiciones locales, el nivel de productividad esperado, la información de que se disponga sobre eficiencia de los fertilizantes nitrogenados por cada caso, etc. A partir de lo planteado en esta sección, se propone como objetivo, el de encontrar los niveles de nitratos en la muestra de suelo, y correlacionarlos con propiedades fisicoquímicas del suelo, para dar un juicio acerca de la dinámica del nitrógeno en esta muestra de suelo.

2. Sección Experimental.

Antes de la medición de absorbancia de los patrones para realizar la curva de calibración, y de las muestras, se introdujeron dos celdas con los blancos necesarios para cada etapa de la determinación, en los dos portamuestras del espectrofotómetro Intralab DMS-100 empleado en la práctica, y se llevo a cero con la tecla ZERO.

Curva de Calibración. Se prepararon patrones de 0, 5, 10, 15, 20 y 25 ppm, expresado como NO3

-, los cuales llevaban 2mL de acido clorhídrico 1N. Cada uno de estos se leyó a 220nm y 275nm, después de llevar acero en el equipo. Extracto Pasta Saturada. Se preparo la pasta saturada con 100.0g de suelo, (81.6g en base seca) y 74.5mL de agua. La pasta saturada se filtro por medio de vacío. A 5mL del filtrado obtenido se le agrego 2mL de HCl 1N, y se aforo a 25.0mL. Luego, el extracto acidulado se leyó a 220nm y 275nm, después de haber llevado acero en el equipo. Extracto KCl normal. La extracción se realizo con 25.0mL de KCl 1N sobre 10.0301g de suelo (8.1846g en base seca), agitando por 30min. en un agitador horizontal. Luego se procedió a filtrar. 5mL del filtrado se acidularon con HCl 1N y aforaron a 25.0mL. Luego se leyó a 220nm y 275nm, después de haber llevado acero en el equipo.

3. Metodología. El método para la determinación de nitratos en la muestra de suelo se basa en las absorbancias que presentan las muestras a 220 y 275nm. Con la lectura de 220nm se cuantifican los nitratos y la materia orgánica disuelta. Para eliminar la interferencia debida a la materia orgánica disuelta se realiza una segunda lectura a 275nm, donde no absorben los nitratos. Es necesario realizar la filtración del extracto de suelo para eliminar interferencias por partículas suspendidas, así como acidificación con HCl 1N para impedir interferencias por presencia de hidróxido o carbonato de calcio.

4. Datos y Resultados. Tabla 1. Datos de absorbancia de los patrones y los extractos a 220 y 275nm.

Absorbancia Patrón(ppm)/ muestra 220nm 275nm

0 0,0130 -0,030 5 0,120 -0,032 10 0,238 -0,033 15 0,345 -0,034 20 0,495 -0,032 25 0,580 -0,034

Pasta saturada 0,242 0,050 Extracto KCl 0,224 0,018

Tabla 2. Curva patrón para determinar nitratos y concentración en la muestra.

NO3

-(ppm) Absorbancia 220-2(275)

0 0,073 5 0,184 10 0,304 15 0,413 20 0,559 25 0,648 Pasta satura. 3,066 0,1420 Extracto KCl 5,026 0,1880

Grafica 1. Curva de calibración de nitratos. (Se muestra la respectiva ecuación y valor de r)

y = 0,0235x + 0,07r = 0,9988

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 5 10 15 20 25 30

NO3-(ppm)

Abs

orba

nci

a

Los valores de concentración de nitratos de los dos extractos mostrados en la tabla 2, fueron calculados mediante una hoja de cálculo de Excel, pero no corresponden a la concentración real, para calcular esta se debe tener en cuenta el factor de dilución, y el porcentaje de humedad de la muestra de, 18.4%, para expresar los resultados

en base seca. A continuación se muestra el proceso para llegar a la concentración real. Nitratos en pasta saturada.

%00140.0=%

/_3

_

_

NO

gsueloµµ

µµ

3_

3

3_3

gNO13.97=g/gsuelo))(NO

81.6gsuelo

74.5mLx

5mL

25mLx

mL

gNO3.06=g/g))(NO

Nitratos en extracto KCl normal.

%00767.0=%

/_3

_

_

gNO76.67=g/gsuelo))(NO

lo8.1846gsue

25mLx

5mL

25mLx

mL

gNO5.02=g/gsuelo))(NO

3_

3

3_3

NO

gsueloµµ

µµ

5. Discusión de Resultados.

Se obtuvo la linealidad de la curva de calibración mostrada en la figura 1 en un rango de concentración de 0.0 a 25.0ppm de nitratos. Con los datos obtenidos y aplicando la regresión lineal mediante una hoja de cálculo de Excel se llegó a la ecuación de línea, mostrada en la misma figura, con un coeficiente de correlación (r) de 0.9988. Las lecturas obtenidas se muestran en la tabla 1. Las concentraciones de nitratos en las muestras se calcularon mediante la regresión lineal a partir de las soluciones patrón, por interpolación de la diferencia de absorbancias a 220 y 275nm, debidas a los nitratos presentes en la muestra, tabla 2. Los valores de nitratos obtenidos aplicando los debidos factores de dilución fueron 13.97 y 76.67µg/g en los extractos de pasta saturada y KCl normal, respectivamente, o, expresando esto en porcentaje 0.00140% y 0.00767%, en el mismo orden. La diferencia en las dos formas de determinar nitratos, la constituye, que la

concentración determinada en pasta saturada representa la fracción de los nitratos soluble en la solución del suelo y por tanto la inmediatamente disponible al cultivo. Mientras que la concentración de nitratos determinada por extracción con KCl normal, representa la fracción de nitratos que se encuentra adsorbida a los coloides del suelo y es intercambiable anionicamente, pero incluye los nitratos disueltos en la solución. Sustrayendo los dos resultados, se encuentra que el porcentaje de nitratos intercambiables es de 0.00627%. Pero, la fracción extraída por pasta saturada como es la inmediatamente disponible por el cultivo, así mismo, es la que mas fácilmente se pierde por fenómenos de lixiviación y percolación, la cual puede pasar a cuerpos de agua y generar inconvenientes de contaminación y eutrofización. El porcentaje total de nitratos encontrado (el determinado en KCl, de, 0.00767%) en relación al 0.63% de nitrógeno total, constituye una muy baja proporción, y es debido a que tan solo el 5%, aproximadamente, del nitrógeno total es disponible al año, es decir 0.0315%, muy lejano al porcentaje de nitratos encontrado. La diferencia se puede deber a la especie amoniacal. Hay que tener en cuenta que la cantidad tan baja de nitratos es debida a que el cultivo esta continuamente sustrayendo nutrientes desde la solución del suelo para su desarrollo, y la principal fuente nitrogenada la constituye el nitrato. Entonces resulta complicado dar una concentración real de nutrientes y más específicamente de nitratos, pues la concentración de nutrientes presenta una dinámica bastante activa. Un factor importante que incide directamente sobre la baja cantidad de nitratos, es la alta solubilidad de estos en

la solución del suelo, constituida principalmente por agua, pues un monto importante de nitratos pasan a los cuerpos de agua por lixiviación o percolación, proceso impulsado a un mas por el periodo de intensas lluvias que soporto el terreno muestreado, días antes de tomar la muestra. De ahí la importancia de no presentar niveles muy elevados de nitratos, pues llevan a la intoxicación de la planta, y conducen a la inevitable contaminación de los cuerpos de agua. Es decir debe haber un correcto balance en el aporte de nutrientes, dirigiendo esta observación en este caso a los nitratos. Dado que el cultivo no ha recibido fertilización nitrogenada, ni mucho menos de otro tipo, el balance y aporte de nitratos proviene de la mineralización de compuestos orgánicos, además de los procesos biológicos de fijación de nitrógeno y nitrificación. La razón C/N da cuenta del proceso de transformación de la materia orgánica a formas nitrogenadas asimilables, y su valor de 12.70, calculado previamente, indica que esta ocurriendo una adecuada mineralización de la materia orgánica, y que no se esta abusando en la producción de nitratos, ni se esta incurriendo en deficiencia, pues incluso hay una reserva de nitratos participando en procesos de intercambio iónico. La importancia de presentar apropiados niveles de nitratos en la planta proviene de una equilibrada cantidad en la solución del suelo, ello estimula el desarrollo y actividad de la nitrato-reductasa (NR), y esta a su vez incrementa el potencial de reducción de los nitratos, confiriendo una mayor capacidad para la síntesis de aminoácidos, síntesis de proteínas, o la asimilación total del nitrógeno.

El alto porcentaje de nitrógeno total, encontrado previo a esta práctica, de 0.63%, asegura una mayor liberación de nitrógeno inorgánico y por su puesto de nitratos. Además las condiciones fisicoquímicas del suelo, textura (franco arcillosa), humedad de 18.45%, pH 5.62, temperatura de 22˚C (promedio), favorecen los diferentes procesos biológicos de metabolismo del nitrógeno en todas sus formas, los cuales conducen a producir las fuentes nitrogenadas asimilables por el cultivo. Así, bajo condiciones aerobias favorecidas por la textura del suelo, predominan las formas NO3

- y NO2-,

sobre el NH4+, el cual es menos

disponible, ya que se fija fuertemente a las láminas de arcilla y dentro de ellas. Además el pH favorece el desarrollo de microorganismos en busca de la producción de las formas más útiles del nitrógeno, además de la buena condición de humedad y de temperatura. La desnitrificación provoca también una disminución en las formas inorgánicas de nitrógeno como NO3

- y NO2-, por su

conversión a formas reducidas en forma gaseosa, tales como NO, N2O y N2. Lo cual se ve favorecido bajo condiciones anaerobias, a pH mayor de 6 y en presencia de altas fuentes de energía, de acuerdo a estas condiciones exigidas, en la muestra de suelo este proceso se da en muy poca proporcion. La desnitrificación se considera como un proceso perjudicial, pues significa la perdida de N del suelo al pasar a una forma no utilizable por el cultivo y una posible causa de problemas ambientales y de salud humana. Sin embargo, se puede considerar que la desnitrificación tiene un efecto beneficio desde el punto de vista de la calidad del ambiente, pues este proceso reduce los riesgos de acumulación de nitratos en suelos y otros ambientes, como aguas subterráneas, reduciéndose así los efectos

perjudiciales que tienen estos iones para la salud humana y animal, aunque a costa de la salud de la atmósfera. Definitivamente la solución es manejar adecuadamente los suelos y la fertilización.

6. Conclusiones. ���� Se determino la concentración de nitratos de la muestra de suelo en dos extractos, pasta saturada y KCl normal, mediante el método fotométrico a 220 y 275nm por medio de una curva de calibración. Las concentraciones fueron 13.97 y 76.67µg/g, en pasta saturada y KCl, respectivamente. ���� La concentración determinada en pasta saturada constituye la fracción inmediatamente disponible para el cultivo, y la que se encontró en el extracto de KCl, es la fracción comprometida en procesos de adsorción e intercambio aniónico, e incluye la soluble, la forma intercambiable se puede considerar como reserva de nitratos. ���� El alto contenido de nitrógeno total y la razón C/N, están indicando un adecuado aporte de nitrógeno en formas inorgánicas asimilables. Además las propiedades físicas del suelo favorecen procesos tales como mineralización y nitrificación, sobre el proceso de desnitrificación, que conduce a perdidas de nitrógeno y problemas ambientales. ���� Debe existir un correcto aporte de nitrógeno para no incurrir en contaminación de cuerpos acuáticos o la atmósfera, por excesos en nitratos, que por lavado se difunden a aguas subterráneas, o por malas condiciones físicas, que favorecen la desnitrificación. En el cual se producen formas reducidas gaseosas de los nitratos, responsables de contaminación atmosférica.

7. Bibliografía.

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