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Arianna NezTurba y zeolita como soportes de inoculantes microbianos con accin fertilizante

ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caa de Azcar, vol. XLIII, nm. 3, septiembre-diciembre, 2009, pp. 22-27,Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caa de Azcar

Cuba

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ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caa deAzcar,ISSN (Versin impresa): 0138-6204revista@icidca.edu.cuInstituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caa de AzcarCuba

www.redalyc.orgProyecto acadmico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

ICIDCA No. 3, 200922

Arianna Nez

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caa de Azcare.mail: arianna.nunez@icidca.edu.cu

RESUMEN

La fertilizacin constituye junto a la disponibilidad de agua, uno de los principalesrequerimientos en el desarrollo agrcola. En la actualidad y debido a los altos costos delos fertilizantes qumicos, cobra mayor importancia el desarrollo de tecnologas que invo-lucren fertilizantes biolgicos que incorporan al suelo las cantidades necesarias de nitr-geno, fsforo y potasio. Resulta necesaria la obtencin de formulaciones slidas queaumenten la estabilidad en el tiempo y favorezcan su transportacin y almacenamien-to. Por esta razn, este trabajo aborda las posibilidades que brindan la zeolita y la turbacomo soportes de inoculante microbiano. El estudio bibliogrfico mostr que a pesar delas diferencias en las propiedades fsicas y qumicas de la zeolita y la turba, ambas seutilizan como soporte de inoculantes bacterianos. El procesamiento de la turba requie-re ms tecnologa que el de la zeolita, la disponibilidad de esta ltima en Cuba, es mayorsi se compara con la turba que adems est protegida por ser un recurso no renovable.

Palabras clave: zeolita, turba, biofertilizantes, inoculante.

ABSTRACT

Fertilization and water availability are among the main requirements in agriculturaldevelopment. At present, due to the high cost of chemical fertilizers it is gaining an incre-asing interest the development of technologies for organic fertilization involving thenecessary amounts of soil nitrogen, phosphorus and potassium. It is necessary theobtainment of solid formulations to increase their stability in time and to favour trans-portation and storage. Therefore, this paper assesses the potentials of zeolite and peat ascarriers for microbial inoculant. Bibliographic review showed that despite differences inphysical and chemical properties of both zeolite and peat they are used as carriers forbacterial inoculants. Peat processing technology, is more complex than zeolite and this

INTRODUCCIN

Los fertilizantes qumicos representanuno de los mayores insumos agrcolas anivel mundial y para Cuba los costos hansuperado los 30 MM de USD en los ltimosaos. Su produccin y uso se ha incremen-tado enormemente, sobre todo en pasesdesarrollados, ocasionando serios daos a laecologa del planeta como: el desequilibriodel ciclo global de nitrgeno en la Tierra, lacontaminacin de los mantos acuferos porexceso de nitratos y el agotamiento de losrecursos renovables, por lo que se hacenecesario producciones limpias y no agresi-vas al medio.

De ah, el desarrollo de los biofertilizan-tes como una alternativa efectiva en los cul-tivos agrcolas frente a los agroqumicos.

El trmino biofertilizante puede definir-se como preparados que contienen clulasvivas o latentes de cepas microbianas efi-cientes fijadoras de nitrgeno, solubilizado-ras de fsforo o potencializadoras de diver-sos nutrientes, que se aplican a las semillas,plntulas o al suelo con el objetivo deincrementar el nmero de estos microorga-nismos en el medio y acelerar los procesosmicrobianos de tal forma que aumenten lascantidades de nutrientes que pueden serasimilados por las plantas o se hagan msrpidos los procesos fisiolgicos que influ-yen sobre el desarrollo y el rendimiento delos cultivos (1).

Las bacterias fijadoras de nitrgeno brin-dan a las plantas compuestos nitrogenadosnecesarios para su crecimiento, adems deque tambin proveen hormonas para el cre-cimiento de las mismas y son utilizados enforma de polvo, grnulo o lquido. Se pue-den aplicar sobre las semillas, plntulas osuelos mejorando la efectividad de la tomade nutrientes y la cantidad de microorganis-mos beneficiosos que se reponen en elsuelo. Aumentan la fertilidad del suelo y

mejoran las capacidades de los cultivosfrente a enfermedades y estrs abitico (2).

El ahorro de fertilizantes nitrogenadossupone un ahorro paralelo de combustiblesfsiles. Es evidente que esta relacin impli-que un enorme inters por producir biofer-tilizantes que puedan sustituir en parte o ensu totalidad al nitrgeno procedente de lasntesis amoniacal y por otra parte, desdeun punto de vista ecolgico, es necesariotambin sustituir estos fertilizantes nitroge-nados por biofertilizantes que eviten ladegradacin del suelo, por lo que se haceimprescindible la comercializacin de losmismos.

Para esto, es aconsejable proteger losmicroorganismos en un medio que les per-mita sobrevivir largo tiempo antes de serintroducidos en el suelo y que una vez all,aumenten la supervivencia y garanticeninfestar las races en nmero suficiente paracumplir su cometido (3-6).

Este trabajo se realiza con el objetivo derevisar y actualizar el conocimiento sobrezeolitas y turbas como soportes para micro-organismos con accin biofertilizante.

ZEOLITAS

a) Caractersticas generalesLas zeolitas son una familia de minera-

les aluminosilicatos hidratados, altamentecristalinos, que al deshidratarse desarrollan,en el cristal ideal, una estructura porosa condimetros de poro mnimos de 3 a 10 ngs-trom.

Las zeolitas estn compuestas por alu-minio, silicio, sodio, hidrgeno, y oxgeno.La estructura cristalina est basada en lastres direcciones de la red con SiO4 en formatetradrica con sus cuatro oxgenos compar-tidos con los tetraedros adyacentes (7).

Todas las zeolitas son consideradascomo tamices moleculares, que son materia-

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later has a greater availability in Cuba since peat as such is protected as a non-renewa-ble resource.

Key words: zeolite, peat, biofertilizers, inoculant.

les que pueden absorber selectivamentemolculas en base a su tamao.

b) Propiedades fsicas y qumicasLas propiedades fsicas de una zeolita

deben considerarse de dos formas: primerouna descripcin mineralgica de la zeolitadesde el punto de vista de sus propiedadesnaturales, incluyendo la morfologa, hbitosdel cristal, gravedad especfica, densidad,color, tamao del cristal o grano, grado decristalizacin y resistencia a la corrosin yabrasin, segundo, desde el punto de vistade su desempeo fsico, como un productopara cualquier aplicacin especfica, toman-do en cuenta las caractersticas de brillan-tez, color, viscosidad, rea superficial, tama-o de partcula, dureza y resistencia al des-gaste (7).

Las propiedades qumicas estn en fun-cin de la estructura del cristal de cadaespecie, su estructura y composicin cati-nica. A continuacin se enumeran algunasde estas propiedades.

Propiedades de adsorcin: Las zeolitascristalinas son los nicos minerales adsor-bentes. Los grandes canales centrales deentrada y las cavidades de las zeolitas se lle-nan de molculas de agua que forman lasesferas de hidratacin alrededor de doscationes cambiables. Si el agua es eliminaday las molculas tienen dimetros secciona-les suficientemente pequeos para que staspasen a travs de los canales de entrada,entonces son fcilmente adsorbidos en loscanales deshidratados y cavidades centra-les. Las molculas demasiado grandes nopasan dentro de las cavidades centrales y seexcluyen dando origen a la propiedad detamiz molecular, propia de las zeolitas.

Propiedad de intercambio de cationes:Por procedimientos clsicos de intercambiocatinico de una zeolita, se puede describircomo la sustitucin de los iones sodio de laszeolitas faujasitas (zeolitas cargadas concationes sodio y posibilidades para inter-cambiar) por cationes de otros tamaos yotra carga. sta es una de las caractersticasesenciales de las zeolitas. En efecto, as seconsigue modificar considerablemente laspropiedades y ajustar la zeolita a los usosms diversos.

Deshidratacin-Rehidratacin: Segn elcomportamiento de deshidratacin, las zeo-litas se pueden clasificar como:

a) Aquellas que exhiben contina prdi-da de peso, como una funcin de la tempe-ratura.

b) Aquellas que sufren colapsos(derrumbes) durante la deshidratacin, yexhiben discontinuidades en la prdida depeso (7).

c) ProcesamientoLas zeolitas sedimentarias son extradas

por mtodos a cielo abierto. La excavacin selleva a cabo con un equipo convencionalpara remover la tierra. Esta extraccin mini-miza los costos, como el del uso de explosi-vos, el del equipo para la remocin de la tie-rra y el del cargado directo a los camionespara que el mineral sea transportado a unaplanta de procesamiento. Las variaciones enla calidad, dependen del tamizado realizadocon anterioridad. Estas son vendidas comoproductos triturados y tamizados, finalmen-te como pulverizados, micronizados y pro-ductos ultrafinos. El producto triturado ytamizado de estos materiales es de bajo costoy es usado en aplicaciones simples comoson: acondicionamiento de suelos o comovivienda de animales domsticos, que tole-ran un amplio rango de tamao de partcula.Muchas zeolitas son trituradas, pulverizadasy clasificadas en un rango de tamao de0,250 mm a 0,044 mm. Se micronizan pro-ductos finos (5 a 10 mm) y productos ultra-finos (1 mm) los cuales se preparan parausos especiales (papel filtro) (7).

d) YacimientosEn la actualidad existen yacimientos en

varios pases como por ejemplo Mxico yTurqua. En Cuba se han estudiado a pro-fundidad un total de 16 yacimientos. Losyacimientos que actualmente estn enexplotacin son: San Juan de los Yeras,municipio de Ranchuelo de la provincia deVilla Clara. Aqu se encuentra la planta demayor produccin del pas, que ha logradoen seis aos un total de 80 484 toneladas; ElChorrillo, municipio de Najasa en la pro-vincia de Camagey y San Andrs, munici-pio de Holgun en la provincia del mismonombre. Tambin podemos encontrar otrosyacimientos distribuidos por todo el territo-rio nacional: Pinar del Ro, La Habana, VillaClara, Cienfuegos, Camagey, Las Tunas,Holgun, Granma, Santiago de Cuba yGuantnamo.

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e) AplicacionesLa zeolita puede utilizarse en:

Agricultura: se utiliza como fertilizante;permite que las plantas crezcan ms rpi-do, pues les facilita la fotosntesis y lashace ms frondosas.

Acuicultura: se utiliza como un suavizadorde aguas, debido a su capacidad de inter-cambiar iones e incrementa la velocidadde engorde de peces, aunque el excesopuede ser mortal, por lo cual slo se puedeutilizar como un suplemento alimenticio.

Alimentacin de ganados: actualmente seutiliza como un suplemento alimenticiopara las aves y ganado, ocasionando unincremento del 25% del peso de stos debi-do a que los nutrimentos ingeridos se retie-nen, retardando su liberacin y haciendoms aprovechable los alimentos (8).

Intercambio inico: La mayor parte de losintercambios inicos se lleva a cabo a tra-vs de soluciones acuosas, por lo cual seutiliza para suavizar aguas pesadas resi-duales.

Catalizacin en la industria qumica: muyimportante para muchos procesos de lapetroqumica.

Adsorcin de olores: se utiliza para el con-trol de olores desagradables en el hogar yde los animales de compaa. Tambin seha utilizado como cama para gatos yadsorcin de grasa en los asados. Se hademostrado que una gran variedad degases incluido formaldehdo y sulfuro dehidrgeno pueden ser adsorbidos por lazeolita. Se puede utilizar para el secado dezapatillas de deporte, reducir la humedaden los armarios y adsorber el olor de ciga-rrillos. Algunos limpiadores de alfombrastienen zeolita como material de base. Se emplea en acuarios para la absorcinde amonio. Cuando ha sido completamen-te utilizado el producto residual se apro-vecha como compost para el acondiciona-miento y contribucin a la textura delsuelo y por su capacidad de retencin denutrientes (8).

Las zeolitas, debido a sus poros altamen-te cristalinos, se consideran un tamiz mole-cular, pues sus cavidades son de dimensio-nes moleculares, de modo que al pasar lasaguas duras, las molculas ms pequeas sequedan y las ms grandes siguen su curso,lo cual permite que salga un lquido mslimpio y blando.

TURBA

a) Caractersticas generalesLa turba es la mayor reserva de combus-

tible fsil conocida del pas, calculada enunos 200 millones de toneladas de combus-tible convencional. Los estudios, hastaahora realizados, evidencian posibilidadesimportantes de su uso como combustible enla generacin de electricidad y la produc-cin de cemento, como componente en lafabricacin de fertilizantes y para el mejora-miento de suelos donde su potencial es muyamplio (9).

La turba se forma por los restos de mate-ria orgnica vegetal disgregada y parcial-mente descompuesta, procedente de la anti-gua vegetacin de reas pantanosas, en lasque como consecuencia de unas condicio-nes ambientales pobres en oxgeno y conexceso de agua se ha producido la mencio-nada descomposicin parcial.

b) Propiedades fsicas y qumicasLa turba est compuesta, de manera

general, por carbono 59%, hidrgeno 6%,oxgeno 33% y nitrgeno 2%.

Se pueden clasificar en tres grupos: tur-bas rubias (esfango), negras y de colormarrn. Las turbas rubias tienen un mayorcontenido en materia orgnica y estnmenos descompuestas. Las turbas negrasestn ms mineralizadas, tienen un menorcontenido en materia y las de color marrnson las de transicin entre stas.

Se encuentra una gran variabilidad enlas propiedades fsicas y qumicas entre lasdiferentes turbas, relacionada con diferen-cias en la composicin botnica, las condi-ciones de formacin, el grado de descompo-sicin, el procedimiento industrial seguidopara su extraccin y elaboracin, el tamaode partculas y el nivel de fertilizacin entreotras.

En la tabla 1 se presentan las propieda-des fsicas ms importantes de una turbaSphagnum rubia y otra negra congelada, encomparacin con las de una turba herbceanegra.

c) ProcesamientoLa extraccin de la turba debe realizar-

se de forma artesanal, con operarios quemediante el uso de herramientas (palas,picos, etc.) realicen el trabajo de drenaje

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del terreno y extraccin de la turba. El pro-ducto extrado ser transportado concarros hasta la sala de procesamiento,acondicionamiento y embalaje. El primerproceso al que debe ser sometida la turbaes a un prensado para la extraccin delexcedente de agua, una persona capacitadamediante apreciacin visual y tctil verifi-car que el contenido de humedad de laturba, que sale de cada partida, est en losrangos adecuados. El segundo proceso es lamolienda para lograr el tamao de fibradeseado en funcin del uso de la misma.Se obtienen de esta manera, tres tamaos:fino, medio y largo. Posteriormente se rea-lizar el zarandeo, que consistir en laseparacin de las impurezas (ramas, palos,palillos, etc.) y posteriormente se embolsa-r y compactar en bolsas blancas de polie-tileno virgen. Las tintas recomendadaspara la impresin de las mismas son laslibres de metales pesados a fin de garanti-zar en todos sus aspectos la pureza delproducto. Las bolsas se deben sellar paragarantizar la calidad de la turba (10).

d) YacimientosA nivel mundial, existen 4 millones de

km2 de turberas, correspondientes al 3,0%de la superficie continental del planeta. Laproduccin mundial anual de turba, alcan-za los 194 millones de toneladas; Rusia con-centra el 90% de esta produccin (11).

Las grandes extensiones de turberas quese encuentran en Europa, Rusia y Canad,debido al largo tiempo durante el cual han

sido explotadas, cuentan con cupos deextraccin restringidos, producto de lainadecuada planificacin extractiva y losdistintos tipos de contaminacin (radioacti-vidad, lluvia cida, afluentes residualessubterrneos y otros).

En Cuba el principal yacimiento seencuentra en La Cinaga de Zapata dondese cre un rea experimental.

e) Aplicaciones La turba tiene aplicaciones diversas. En

estado fresco alcanza hasta un 98% dehumedad, pero una vez desecada puedeusarse como combustible. Tambin se usaen jardinera para mejorar los suelos, por sucapacidad de retencin de agua.

Es ms frecuente el uso de turbas rubiasen cultivo sin suelo, debido a que las negrastienen aireacin deficiente y contenidos ele-vados en sales solubles. Las turbas rubiastienen un buen nivel de retencin de agua yde aireacin, pero son muy variables encuanto a su composicin en dependencia desu origen. La inestabilidad de su estructuray su alta capacidad de intercambio catini-co interfieren en la nutricin vegetal, al pre-sentar un pH que oscila entre 3,5 y 8,5. Seemplea en la produccin ornamental y deplntulas.

La turba negra se utiliza en algunaszonas de Escocia para el secado de los ingre-dientes del whisky, proporcionndole unaroma nico (12).

La turba es utilizada en la confeccin depaneles de aislamiento trmico y acstico

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Tabla 1. Propiedades fsicas de las turbas. Influencia de la composicin botnica y el grado de descomposicin

Propiedades Sphagnum

Rubia Sphagnum

Negra Herbcea

Negra ndice de grosor (%) 46 42 - Densidad aparente (g/cm3) 0,07 0,14 0,08 Espacio poroso total (% vol.) 96 91 94 Capacidad de aireacin (% vol.) 41 18 15 Agua fcilmente disponible (% vol.) 25 28 18 Agua de reserva (% vol.) 6 7 8 Agua total disponible (% vol.) 31 35 26 Agua difcilmente disponible (% vol.) 24 38 53 Capacidad de retencin de agua (ml/l) 687 804 741 Mojabilidad (min) 17 3

que se obtienen mediante un proceso deaglomeracin (13).

La utilizacin de la turba dentro de laterapia peloide, constituye un efectivomtodo natural de cura en la actualidad, laterapia de lodos utiliza mayoritariamenteturbas altamente descompuestas, la base deltratamiento teraputico consiste en la apli-cacin directa a la piel a temperaturas entre38 y 44 C.

Hasta el momento, es el elemento irrem-plazable en el uso como sustrato para el alo-jamiento de bacterias fijadoras de nitrgenoy en la elaboracin industrial de inoculan-tes comerciales.

CONCLUSIONES

1. A pesar de las diferencias en las propie-dades fsicas y qumicas de la zeolita y laturba, ambas se utilizan como soporte deinoculantes bacterianos. La turba por estarcompuesta por carbono, oxgeno y nitr-geno constituye el sustrato por excelenciapara soportar con alta viabilidad losmicroorganismos. La zeolita, a pesar de sucomposicin mineral, absorbe en susporos a los microorganismos, liberndolosde manera controlada, lo cual propicia laefectividad del producto.

2. El procesamiento de la turba requierems tecnologa que el de la zeolita.

3. La zeolita tiene mayor disponibilidad enCuba que la turba que adems est prote-gida por ser un recurso no renovable.

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