Sustancias humicas: todo lo que debes saber para su uso en la agricultura

Importancia

La importancia del estudio y del manejo de las sustancias humicas, 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 humicas en el mejoramiento de la fertilidad del suelo y especificamente en los atributos fisicos, quimicos y biologicos del mismo. Los efectos directos se relacionan con la absorcion de las sustancias humicas 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 estres ambiental y una mejor produccion y calidad en las cosechas.

Las sustancias humicas 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 raices y consecuentemente de la planta. Asimismo incrementan la capacidad de retencion de humedad, aumentan la capacidad de intercambio ionico, elevan la disponibilidad de micronutrimentos por medio de la quelatacion,  contribuyen en la formacion de la estructura granular, auxilian en la degradacion o inactivacion de sustancias toxicas, mejora la capacidad amortiguadora del suelo en el pH en las sales, entre otros efectos.

Las sustancia humicas pueden ser absorbidas por las plantas y semillas e intervenir en su metabolismo.  Esto favorece la germinacion de las semillas, el crecimiento radical,  la absorcion nutrimental.

 Origen

Los residuos organicos, vegetales y animales, manejados o depositados en diferentes ambientes, tales como suelo, compostas, biodigestores, turberas, pantanos, carbones,  se ven sometidos a un proceso de transformacion esencialmente microbiana. Este proceso consta fundamentalmente de dos vias, la mineralizacion y la humificacion, las cuales se detallan en la Figura 1. La mineralizacion consiste en el paso de los nutrimentos de sus formas organicas a formas inorganicas aprovechables por los cultivos. Un ejemplo de lo anterior es el nitrogeno, el cual puede estar en forma de proteinas, aminoacidos, acidos nucleicos, clorofila, etc., en los residuos organicos, compuestos que son consumidos por los microorganismos como fuente energetica, liberando amonio como subproducto. La humificacion es el conjunto de reacciones que conducen a la formacion de sustancias humicas.

En el proceso de humificacion, la explicacion mas aceptada se maneja en la denominada TEORIA DEL POLIFENOL. Esta teoria se describe con mayor especificidad en Rodriguez (1991). Con base en esta teoria, los pasos en la formacion 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 construccion de las sustancias humicas. Como fuente de quinonas en la naturaleza se tiene la lignina, los microorganismos, fenoles no combinados en las plantas, los glucosidos, los taninos. Entre ellos los derivados de la lignina y los microorganismos han sido los mas estudiados.

En relacion con el ataque de la lignina por microorganismos, los hongos microscopicos del grupo Deuteromicetos, juegan un enorme papel en la descomposicion de la lignina y formacion de las sustancias humicas.

Los microorganismos que se distinguen  por la produccion 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 sintetizo 24 fenoles diferentes en un medio de cultivo; c) Hendersonula toruloidea formo alrededor de 45 fenoles diferentes que, al unirse entre si, forman polimeros de color oscuro; d) S. chartarum al consumir 30 g de glucosa produjo una biomasa de la cual el 30% eran compuestos fenolicos. 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 condensacion de las quinonas, indicadas en la Figura 2, puede haber participacion de compuestos aminados. Con el advenimiento de la investigacion con nitrogeno marcado N-15, fue posible dilucidar el papel del nitrogeno en el proceso de formacion de las sustancias humicas, el cual se resume a continuacion: a) acelera la formacion de las sustancias humicas; b) aumenta la cantidad de sustancias humicas formadas; c) incrementa la resistencia de las sustancias humicas a la biodegradacion.

Este efecto del nitrogeno tiene enorme consecuencias desde el punto de vista practico, ya que se esta en posibilidades de: a) acelerar la formacion de una composta a partir de un material de baja calidad (paja, celulosa), incrementando su valor fertilizante en nitrogeno; b) favorece el proceso de humificacion de los residuos de cosecha en el suelo, principalmente aquellos que tienen una relacion C/N alta, como las pajas; c) se reducen las perdidas de nitrogeno de los fertilizantes, incrementando su eficiencia y su efecto residual.

La magnitud del efecto del nitrogeno en la humificacion, dependera de la fuente de nitrogeno utilizada. Las fuentes organicas son mas efectivas para elevar el contenido de nitrogeno en las sustancias humicas, en comparacion con las fuentes inorganicas. Las fuentes inorganicas incrementan su incorporacion a las sustancias humicas, por la presencia de la arcilla montmorillonita. El amonio con fuente inorganica, ha probado ser mas efectiva para incrementar la formacion de sustancias humicas como para elevar el contenido de nitrogeno en ellas.

El nitrogeno en el proceso de humificacion entra a formar parte de las sustancias humicas, bajo dos formas: a) compuestos organicos, principalmente aminados y b) amoniaco. Una vez incorporado, el nitrogeno se ubica dentro de la cadena heterociclica y en las cadenas laterales (amino o aminoazucar). El primero es disponible a largo plazo, mientras que el N de las cadenas laterales, se considera como la fuente de nitrogeno durante un ciclo de cultivo.

Las arcillas juegan un notable papel en el proceso de humificacion. Esta influencia puede ser debida al efecto de la arcilla sobre la actividad y poblacion de los microorganismos, o bien mediante un efecto directo al catalizar los procesos de polimerizacion de los precursores del humus.

El efecto de las arcillas sobre la humificacion se puede explicar mediante los siguientes mecanismos: a) un ambiente de proteccion para los microorganismos, tanto de la accion de los depredadores naturales como de las sustancias adversas, como el pH y los antibioticos; b) un mejoramiento de abastecimiento de micronutrimentos hacia los microorganismos; c) una concentracion de enzimas y sustratos en la superficie coloidal con acelerada actividad; d) una estabilizacion de los compuestos organicos, tanto de los adicionados como de lo de reciente formacion.

Las fuentes organicas de nitrogeno o el amonio, junto con la arcilla montmorillonita, han mostrado una gran efectividad en la formacion de sustancias humicas. Esto deberia ser tomado en consideracion cuando se realiza un compostaje con base en materiales pobres en nitrogeno y ricos en carbohidratos, tales como las pajas o la celulosa.

Caracterizacion

Las sustancias humicas o humus son moleculas complejas de color negro o cafe oscuro, con elevado peso molecular, propiedades coloidales e hidrofilicas, capacidad de adsorcion y desorcion ionica, liberacion de nutrimentos a mediano y largo plazo. Estas sustancias humicas son clasificadas con base en la solubilidad de sus componentes en soluciones de diferente pH. Asi resultan cuatro fracciones: acidos fulvicos, acidos humicos, acidos himatomelanicos y huminas, segun se desprende de la Figura 3.

Las huminas es la fraccion de las sustancias humicas que no son solubles en medio alcalino ni acido. Es la parte del humus mas resistente a la descomposicion. Algunas de las funciones de las huminas se relacionan con la capacidad de retencion de humedad, con la formacion de la estructura y estabilidad del suelo, en la capacidad de intercambio ionico. Otras propiedades de estas sustancias se presentan en el Cuadro 1.

Los acidos humicos es la fraccion de las sustancias humicas que son solubles en medio alcalino, pero insolubles en medio acido. Poseen una estructura flexible y ramificada, con multitud de cavidades internas, lo que determina su capacidad de absorcion de agua. Un 35% de la molecula son acidos con estructuras de caracter aromatico, lo cual conforma el centro de la molecula; el restante 65% esta constituida por cadenas laterales alifaticos (aminoacidos, peptidos, acidos alifaticos). Los acidos humicos pueden mejorar la disponibilidad de los cationes, tanto por la capacidad de intercambio cationico, como por la facilidad de quelatacion de los mismos. Otras caracteristicas se encuentran en el Cuadro 1.

Los acido fulvicos es la fraccion de las sustancias humicas que son solubles en medio alcalino y acido. Es la parte mas pequeña de las sustancias humicas, segun se describe en el Cuadro 1. Por su gran abundancia de grupos carboxilos e hidroxilos, son muy reactivos quimicamente, resultando en una alta capacidad de intercambio cationico. Por su tamaño pequeño, los acido fulvicos tienen mayores posibilidades de ser absorbidos por las plantas, tanto por las raices como por las hojas.

USO EN LA AGRICULTURA

La materia organica de los terrenos agricolas es uno de los indicadores de la calidad del suelo. El contenido deseable de materia organica en los suelos es de 3.5%, con excepcion de los andisoles donde se buscan valores del 13.5%. El humus o sustancias humicas constituyen la mayor proporcion (65-75%) de la materia organica. El aporte de abonos organicos a los terrenos, es la forma mas eficaz para elevar el contenido de materia organica. Para esto se prefieren los abonos que tienen un alto indice de humificacion (40%), ya sea porque se ha avanzado en el proceso de formacion de las sustancias humicas mediante el compostaje, o porque contenga una gran cantidad de compuestos organicos precursores de las sustancias humicas. Para aquellos lugares donde no se tiene una fuente suficiente de abonos organicos, se recomienda utilizar sustancias humicas concentradas.

Las sustancias humicas concentradas se utilizan en forma solida o liquida. Generalmente la forma solida se maneja directamente al suelo, siendo la principal fuente las compostas o los estiercoles maduros, aunque se ofertan en el mercado materiales concentrados como la leonardita (yacimientos de carbon oxidado). La forma liquida puede manejarse via foliar o via suelo. La fuente principal de la presentacion liquida que se ofrece comercialmente es la leonardita, las cuales comenzaron a utilizarse en Mexico 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 humicas. Se tienen las “sustancias humicas sinteticas” desarrolladas por la industria quimica, las cuales estan constituidas por polimeros de acetato vinil, acido maleico, alcohol polivinil, poliacrilatos, carboximetilcelulosa, isopril acrilamida. Las pruebas realizadas indican que no tienen la misma efectividad que las sustancias humicas naturales. Otras empresas comercializan las “ulminas” o “sustancias humicas regeneradas”, cuyo material de origen son los carbones naturales a los cuales se les somete a un proceso de oxidacion y de fraccionamiento. No obstante que tienen algunas caracteristicas quimicas similares a los acidos humicos, no hay evidencia que tenga la misma efectividad.

Las sustancias humicas tienen enormes efectos en la fertilidad del suelo. Mejoran la actividad microbiana, con lo cual se incrementa la produccion de sustancias que ayudan en la formacion de la estructura del suelo o pertenecen a los reguladores del crecimiento de las plantas; incrementan la capacidad de retencion de humedad; aumentan la capacidad de intercambio ionico; elevan la disponibilidad de micronutrimentos por medio de la quelatacion;  contribuyen en la formacion de la estructura granular y consecuentemente en la aireacion y drenaje de los terrenos (Figura 4); auxilian en la degradacion o inactivacion de sustancias toxicas como los metales pesados y pesticidas; mejora la capacidad amortiguadora del suelo, de tal manera que modulan el pH y pueden disminuir el nivel de salinidad o cantidad  de sales disueltas.

Por otro lado, las sustancias humicas tienen efectos directos en el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Fracciones de estas sustancias pueden ser absorbidas por las plantas, ya sea a traves de las raices o del follaje. De igual manera se tiene absorcion por las semillas. Cuando la molecula es grande la absorcion se lleva a cabo pasivamente. Cuando la molecula es pequeña, se presentan una absorcion activa.

Una vez dentro de la planta o la semilla, las sustancias humicas tienen varios efectos bioquimicos 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 organos de la planta, en una mayor tolerancia de las plantas al estres ambiental (temperatura, humedad, salinidad, pH, nutrimentos, enfermedades), asi como en un incremento en la calidad y produccion de cosechas.

Las sustancia humicas incrementan la velocidad y/o el porcentaje de germinacion de las semillas. Asimismo se ha observado una mejora en la absorcion de nutrimentos por las plantas, ya que las sustancias humicas incrementan la permeabilidad de la membrana celular y promueven cambios electricos de los fosfolipidos estructurales de las membranas. Con base en esto se puede mejorar la eficiencia de los fertilizantes quimicos y por consecuencia disminuir las dosis aplicadas y los impactos ambientales negativos. Esto ha promovido una gran cantidad de agroquimicos que contienen sustancias humicas dentro de su composicion, ademas de los nutrimentos. Es comun observar el manejo de micronutrimentos, donde las sustancias humicas actuan como agentes quelatantes segun se describe en el siguiente esquema con el cobre y los radicales activos en la superficie de las sustancias humicas.

Las sustancias humicas aceleran el metabolismo energetico y el contenido de clorofila de las hojas de la planta, sobre todo con los acidos fulvicos. Tambien aumentan la concentracion del RNA mensajero, modificando la produccion de proteinas, tanto las que actuan como enzimas como las proteinas estructurales y transportadoras en las membranas celulares. Los acido humicos son efectivos en la regulacion de las hormonas de las plantas, al proteger el acido indolacetico de la oxidacion enzimatica.

Las sustancias humicas contienen radicales libres, siendo mayor en los acidos humicos debido a su mayor estado de humificacion o polimerizacion. Estos radicales libres pueden desempeñar funciones especificas en las plantas, tales como activadores, de catalisis,  fotosensitivo.

Los acidos fulvicos, en concentraciones de 10 a 100 mg L-1, promueven la iniciacion radical. La estimulacion del crecimiento de las raices formadas, ocurre cuando se presenta una combinacion de acidos fulvicos y humicos.

Las sustancias humicas, en concentraciones de 50 a 300 mg L-1 aplicadas via foliar o en solucion 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 adicion de sustancias humicas, generalmente sigue el siguiente orden de mayor a menor impacto: hortalizas, gramineas, leguminosas, oleaginosas.

CONCLUSION

Las sustancias humicas se forman  a partir de los residuos organicos mediante la accion de la actividad microbiana, sobre todo los hongos. Se encuentran sustancias humicas en el suelo, en las compostas, en las turbas y en la leonardita. El uso de sustancias humicas 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 humicas que se encuentran en el suelo o se aplican a los terrenos agricolas, mejoran la fertilidad del mismo. Esto incluye incrementar de la actividad microbiana, la disponibilidad de los nutrimentos,  ademas de modificar favorablemente los atributos fisicos y quimicos del suelo. Los beneficios directos, los cuales suponen la absorcion de las sustancias humicas o fracciones de ellas por las plantas y su intervencion en el metabolismo de las mismas. Modifican la permeabilidad de las membranas y consecuentemente la absorcion nutrimental; mejoran la sintesis de las proteinas y consecuentemente la actividad de las enzimas y la composicion de las membranas celulares; elevan la fotosintesis al incrementar la cantidad de clorofila; actuan protegiendo las hormonas o actuan de manera

similar a ellas. Esto se traduce finalmente en una mayor tolerancia de la planta al estres ambiental, tales como la salinidad, asi como en una mayor produccion y calidad de las cosechas. Actualmente existen una gran cantidad de agroquimicos que contienen sustancias humicas en su composicion, ademas de los nutrimentos y otras sustancias organicas fisiologicamente activas. Estas sustancias humicas provienen mayoritariamente de la leonardita.

Autor: Ing. Francisco Rodriguez Neave, Profesor-Investigador de la UACh.

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