Propiedades de los ácidos húmicos de varios suelos de Ucrania y su actividad fisiológica
A pesar de sus características estructurales comunes, las sustancias húmicas no son compuestos químicamente individuales. Al ser un grupo de polímeros de estructura aromática, estas sustancias son heterogéneas en su naturaleza y propiedades. Una característica común de todos los ácidos húmicos aislados de diferentes suelos es la participación de polifenoles en su formación. Nuestros científicos han propuesto una fórmula para los ácidos húmicos del chernozem, la turba y la leonardita, cuya propiedad común es la presencia de grupos polifenólicos y quinoides en su molécula.
La diversidad de las sustancias húmicas se manifiesta en el diferente grado de condensación de los anillos aromáticos en sus moléculas, en la relación de las estructuras aromáticas y alifáticas, etc. Las diferencias en la naturaleza y propiedades de los ácidos húmicos de diferente origen, aparentemente, se reflejan en la actividad fisiológica desigual de estos últimos.
Investigadores de varios países han señalado la participación multifacética de las sustancias húmicas en los procesos fisiológicos y bioquímicos que ocurren en las plantas. Se ha establecido que las sustancias húmicas de diferente origen, en pequeñas concentraciones, tienen un efecto profundo y multifacético en la planta. Sin embargo, las sustancias húmicas de diferentes suelos no son idénticas. De esto se deduce que su efecto en las plantas no puede ser completamente el mismo. Es lógico suponer que la naturaleza y el grado de impacto de los ácidos húmicos de diferentes suelos en el organismo vegetal dependen directamente de la composición y propiedades de estos ácidos. La presente investigación está dedicada al estudio de esta cuestión en el rango de los principales tipos de suelos de Ucrania.
Estudio de la naturaleza y propiedades de los ácidos húmicos
Técnicas de fraccionamiento
Mediante la aplicación de diversas técnicas de fraccionamiento (precipitación fraccionada con ácidos y soluciones tampón, ultracentrifugación, diferentes tipos de cromatografía, electroforesis y otras), las sustancias húmicas pueden dividirse en varias fracciones. Por medio de la electroforesis en tiras de papel, el ácido húmico se dividió en dos fracciones, que por su color correspondían a los ácidos húmicos grises y marrones. Todos los ácidos húmicos, según los investigadores, son una mezcla de estas dos fracciones con un contenido predominante de una u otra.
Con la ayuda de métodos de cromatografía en columnas de almidón y papel, así como electroforesis en papel, se lograron separar los ácidos húmicos del chernozem y del suelo podzólico en tres fracciones, una de las cuales solo se detecta bajo luz ultravioleta. Dado que la separación de ácidos húmicos por electroforesis en tiras de papel no permite obtener una cantidad suficiente de fracciones individuales, los científicos recurrieron al método de electroforesis continua, con el cual lograron separar el ácido húmico en 10-15 fracciones, que representan una transición de ácidos húmicos grises a marrones.
Durante el fraccionamiento de ácidos húmicos de diferentes suelos mediante cromatografía circular en papel, sus zonas se diferenciaron entre sí. En el ácido húmico del chernozem, las zonas eran más compactas, mientras que en el ácido húmico del suelo podzolizado tenían una apariencia difusa.
El fraccionamiento de ácidos húmicos mediante el método de electroforesis también mostró que los ácidos húmicos del chernozem consisten en fracciones de baja movilidad en el campo eléctrico, la mayor parte de las cuales permanece en el origen, y solo una pequeña cantidad se mueve hacia el ánodo. Los ácidos húmicos de los suelos rojos y podzólicos tenían una mayor movilidad y capacidad de fluorescencia.
En nuestro trabajo, la extracción de preparaciones de ácidos húmicos de diferentes suelos se realizó a partir de suelo previamente descalcificado. Para estudiar la naturaleza y propiedades de los ácidos húmicos, se utilizaron métodos de cromatografía circular y electroforesis en papel.
El fraccionamiento de los ácidos húmicos mediante cromatografía circular se realizó según el método de Kononova y Belchikova, con la diferencia de que se utilizó papel de filtrado rápido, lo que permitió reducir la exposición a dos horas. A la luz del día, en los cromatogramas de todos los ácidos húmicos se observaron dos zonas: la primera, en el centro del cromatograma, en el lugar de aplicación de la preparación, y la segunda, a una distancia determinada de la primera, en forma de anillos estrechos de color marrón claro. Los ácidos húmicos del chernozem daban anillos estrechos y más compactos, los del suelo podzólico, difusos, y los de los demás suelos, anillos intermedios. Bajo luz ultravioleta, los cromatogramas se veían diferentes: se observaron tres zonas. Inmediatamente alrededor de la mancha oscura se ve otro anillo, que posee propiedades de fluorescencia, el cual en el ácido húmico del chernozem fluoresce con luz amarillo anaranjado, en el suelo podzólico, con luz amarillo brillante con un tinte azulado, y los ácidos húmicos de los demás suelos dan anillos fluorescentes que ocupan una posición intermedia. El siguiente anillo a esta zona, que a la luz del día tiene un tono marrón claro, bajo luz ultravioleta fluoresce en el mismo orden de colores.
Después de una hora de separación en tiras de papel, se distinguieron dos zonas: la primera, que permaneció en el origen, de color grisáceo; la segunda, a cierta distancia de la primera, de color parduzco. Bajo luz ultravioleta, se detecta una tercera zona, con capacidad de fluorescencia, donde los ácidos húmicos del chernozem fluorescen con luz amarillo anaranjado, los del suelo podzolizado con luz amarilla, y los demás con tonos intermedios.
Las diferencias en la naturaleza de la distribución de las sustancias por zonas se ilustran con curvas registradas mediante un densitómetro. En los ácidos húmicos del chernozem y del suelo castaño oscuro, la mayor parte de la sustancia permanece en el origen, y solo una pequeña parte se mueve hacia el ánodo. El movimiento más intenso se observa en el electroferograma del ácido húmico del suelo podzólico, donde la mayor parte de la sustancia se mueve hacia el ánodo. El ácido húmico y fúlvico del suelo gris podzólico ocupa una posición intermedia.
Así, el fraccionamiento de los ácidos húmicos mediante cromatografía y electroforesis confirma la heterogeneidad de los ácidos húmicos, donde la proporción de fracciones móviles e inmóviles en los ácidos húmicos de diferentes tipos de suelo es desigual: el ácido húmico del chernozem contiene menos fracciones móviles, el del suelo podzólico, más. El contenido de ciertas fracciones en la composición de las sustancias húmicas determina su naturaleza: el grado de condensación del núcleo aromático, la relación de las estructuras aromáticas, la presencia y disposición de los grupos funcionales, etc.
La magnitud de la densidad óptica y el umbral de coagulación caracterizan el grado de dispersión de las sustancias húmicas y son indicadores indirectos del grado de su complejidad o condensación de partículas. La densidad óptica se determinó mediante el método de Kononova en un fotómetro. El umbral de coagulación se estableció por la cantidad mínima de electrolito (CaCl₂) necesaria para la coagulación completa del ácido húmico en un determinado período de tiempo. La concentración de la solución de trabajo de ácido húmico fue de 0,136 g/l.
| Objetos de estudio | Densidad óptica (λ=440 nm) | Cantidad de CaCl₂ por 1 g de humato, meq | ||
|---|---|---|---|---|
| Inicio de la coagulación | Aparición de precipitado después de 30 minutos | Coagulación completa (después de 2 y 4 horas) | ||
| Ácidos húmicos de: | ||||
| Suelo podzólico | 1,32 | 5 | 18 | Solución sobre el precipitado marrón claro (20) |
| Suelo gris podzolizado | 1,92 | 4 | 14 | Solución sobre el precipitado marrón claro (18) |
| Chernozem podzolizado | 2,32 | 3 | 12 | Solución sobre el precipitado marrón claro (16) |
| Chernozem ordinario | 2,52 | 1 | 10 | Solución sobre el precipitado marrón claro (18) |
| Suelo castaño oscuro | 2,08 | 2 | 13 | Solución sobre el precipitado marrón claro (20) |
| Chernozem carbonatado meridional | 1,68 | 4 | 15 | Solución sobre el precipitado marrón claro (18) |
| Suelo pardo | 1,08 | 4 | 15 | Solución sobre el precipitado marrón claro (18) |
Los datos de la tabla 1 muestran que el grado de condensación de las redes aromáticas de átomos de carbono en los ácidos húmicos y fúlvicos aumenta desde los suelos podzólicos hasta los chernozems, con una disminución simultánea de las cadenas alifáticas laterales en sus moléculas. La relación inversa de estas estructuras se observa en los ácidos húmicos al pasar de los chernozems a los suelos castaños y, posteriormente, a los suelos pardos. Esta afirmación se confirma con los resultados obtenidos al determinar el umbral de coagulación de los ácidos húmicos y fúlvicos. Los datos de la tabla indican una alta dispersión de los ácidos húmicos de los suelos podzólicos y pardos, lo que demuestra un alto contenido de radicales laterales que transportan grupos hidrófilos en sus moléculas.
Todo esto indica que, al pasar de los suelos podzólicos a los chernozems, la naturaleza de los ácidos húmicos se vuelve más compleja: en ellos se manifiesta más claramente un núcleo aromático condensado con una disminución simultánea del número de radicales laterales; el fenómeno inverso se observa al pasar de los chernozems ordinarios a los chernozems carbonatados meridionales y los suelos pardos.
La presencia de grupos funcionales (carboxilo e hidroxilos fenólicos) determina las propiedades ácidas y la capacidad de intercambio de los ácidos húmicos y fúlvicos. El contenido total de grupos funcionales en los ácidos húmicos se determinó mediante el método de Dragunova, y el contenido de grupos carboxilo, mediante el método de Kukharenko, es decir, mediante la infusión de muestras de ácidos húmicos con una solución 0,5 N de acetato de calcio, cuyo pH es de 6,8-7. Los resultados de los análisis se presentan en la tabla 2.
| Objetos de estudio | Cantidad total de grupos funcionales, meq de Ba, ligado a 1 g de ácido húmico | Cantidad de grupos carboxilo, meq de Ca, ligado a 1 g de ácido húmico | Capacidad de intercambio por 100 g de sustancia seca anhidra sin cenizas, meq |
|---|---|---|---|
| Ácidos húmicos de: | |||
| Suelo podzólico | 5,91 | 2,89 | 289 |
| Suelo gris podzolizado | 7,17 | 3,21 | 321 |
| Chernozem ligeramente podzolizado | 7,57 | 4,05 | 405 |
| Chernozem ordinario | 8,32 | 5,11 | 511 |
| Suelo castaño oscuro | 8,22 | 4,20 | 420 |
| Chernozem carbonatado meridional | 6,65 | 3,79 | 379 |
| Suelo pardo | 5,57 | 2,22 | 222 |
De los datos de la tabla se desprende que el contenido de grupos funcionales, capaces de reaccionar de intercambio, aumenta desde el suelo podzólico hasta los chernozems; con la transición a los suelos castaños oscuros y luego a los suelos pardos, se observa una relación inversa. Esto se explica por la existencia de una relación directa entre el número total de grupos funcionales y el grado de condensación de las moléculas. Los ácidos húmicos de los chernozems, que tienen una mayor condensación del núcleo aromático, contienen un mayor número de grupos funcionales. La capacidad de intercambio de los ácidos húmicos está determinada por el contenido de grupos funcionales que pueden participar en el intercambio de cationes. Los resultados de la investigación confirman que los ácidos húmicos del chernozem tienen la mayor capacidad de intercambio (511 meq/100 g), mientras que los ácidos húmicos de los suelos podzólicos y pardos tienen la menor (289 y 222 meq/100 g, respectivamente).
La influencia de los ácidos húmicos en los procesos biológicos en el suelo y en las plantas se ha estudiado durante muchos años. Sin embargo, la cuestión de la eficacia diferencial de los ácidos húmicos de diferente origen sigue sin resolverse. La efectividad de los ácidos húmicos se asocia con su capacidad para influir en los procesos de crecimiento, desarrollo y metabolismo de las plantas. También hay datos que indican que los ácidos húmicos aumentan la absorción de nutrientes, mejoran la estructura del suelo y aumentan la resistencia de las plantas a factores estresantes.
Conclusiones
- Los ácidos húmicos del chernozem tienen una estructura más condensada y un mayor contenido de grupos funcionales en comparación con los ácidos húmicos de los suelos podzólicos y pardos.
- Los ácidos húmicos del chernozem tienen la mayor capacidad de intercambio y la mayor actividad fisiológica, lo que se manifiesta en una mayor estimulación del crecimiento y desarrollo de las plantas.
- Los ácidos húmicos del suelo gris podzolizado ocupan una posición intermedia en cuanto a sus propiedades y actividad fisiológica.
- Los ácidos húmicos del chernozem tienen un efecto más pronunciado en los procesos biológicos en los suelos y en las plantas en comparación con los ácidos húmicos menos condensados de los suelos podzólicos y pardos.
- El efecto de los ácidos húmicos está aparentemente relacionado con el contenido total de grupos funcionales en ellos.
- Uno de los factores de la mayor eficacia de los fertilizantes húmicos en los suelos podzólicos y pardos es, evidentemente, la menor actividad fisiológica de los ácidos húmicos de estos suelos.