1 Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña Cali, Colombia Noviembre 2009
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Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Programa nacional de formación especializada y actualización
tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Cali, Colombia
Noviembre 2009
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Memorias
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de la Caña de Azúcar
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de aplicaciones de Compost y Vinaza, Ingenio Providencia. .........................................123
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Ácidos húmicos y fúlvicos Jairo Gómez. Ingeniero Agrónomo, M.Sc. en riego y drenaje. Asesor ...........................128
Aplicaciones foliares de elementos mayores y menores Fernando Muñoz Arboleda. Ingeniero Agrónomo, Ph.D. Edafólogo de Cenicaña .............132
Productos hormonales Aplicación de bioestimulantes en la caña de azúcar
Fernando Villegas Trujillo. Ingeniero Agrícola, M.Sc.
Ingeniero de Mecanización Agrícola de Cenicaña. .........................................................135
Conferencia: Compostaje
Jairo Gómez. Ingeniero Agrónomo, M.Sc. en riego y drenaje. Asesor .................................143
Microorganismos y procesos en el suelo
Marina Sánchez de Prager. Ingeniero Agrónomo.
Ph.D. Profesora Titular de la Universidad Nacional de Colombia. ..........................................151
El análisis de suelos
Jesús Eliécer Larrahondo Aguilar. PhD. Químico Jefe de Cenicaña. .....................................161
Variabilidad espacial de la producción de caña de azúcar en
el valle del río Cauca, características físicas y químicas de los
suelos y equipos de aplicación variable de fertilizantes Javier Ali Carbonell González. Ingeniero Agrícola, M.Sc.,
Director del programa de Agronomía y Superintendente de
la Estación experimental de Cenicaña ............................................................................191
Conferencia: Fijación biológica de nitrógeno para la eco-
nomía de fertilizante nitrogenado en caña de azúcar
Segundo Urquiaga. Ingeniero Agrónomo, Ph.D. Asesor Centro Nacional
de Pesquisa de Agrobiología ..................................................................................................202
Suelos salinos, principios para su manejo y recuperación
Álvaro García Ocampo. Ingeniero Agrónomo. Ph.D. Asesor,
Presidente de la Comisión de fertilidad de suelos y nutrición de plantas
de la Unión Internacional de Sociedades de la ciencia del suelo. ..........................................215
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Sistema radical de la caña de azúcar
Fernando Villegas Trujillo*
1. Importancia de las raíces
Las raíces juegan un rol fundamental en la producción de los cultivos. En
condiciones naturales la provisión de agua y nutrimentos a la planta depende
en gran medida de la posibilidad y capacidad de absorción de las raíces. La
disponibilidad de los nutrimentos depende a su vez de las reservas del medio, su
dinámica en el suelo y la colonización que hagan de éste las raíces de la planta.
El crecimiento del sistema radical está estrechamente ligado a la provisión de
carbohidratos de la parte aérea; por lo tanto, todo factor que actúe sobre esta últi-
ma también incidirá en el crecimiento y funcionamiento de la parte subterránea.
Numerosas propiedades del suelo, de índole física, química y biológica
(afectadas por el manejo), junto con las características climáticas y el compo-
nente genético del vegetal, están involucradas en los procesos que regulan el
comportamiento radical y de la parte aérea. Por ende, sus interrelaciones impac-
tarán la respuesta fi nal en la producción de los cultivos. Pocos estudios en caña
de azúcar han evaluado el sistema radical del cultivo, a pesar de su importancia.
Esto se debe principalmente a la difi cultad de la evaluación y a la alta variabilidad
de los resultados.
2. Tipos de sistemas radicales
Sistema fi broso, denominado también fasciculado u homorrizo. Es un siste-
ma sin una raíz dominante, que presenta forma similar. La raíz proveniente de la
radícula embrionaria se atrofi a y es reemplazada por numerosas raíces que se
originan en la parte basal del tallo. Pueden ser raíces adventicias o adventivas.
* Ingeniero Agrícola, M.Sc. Ingeniero de Mecanización Agrícola de Cenicaña
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No presenta crecimiento secundario en grosor y es característico de las monoco-tiledóneas, como la caña de azúcar.
Sistema pivotante, denominado también axonomorfo, alorrizo o tap root, en inglés. Es un sistema con una raíz dominante cuyo origen lo constituye la radícula del embrión. Presenta una raíz principal y numerosas laterales. Es característico de las dicotiledóneas.
3. Funciones del sistema radical
Las funciones de las raíces se pueden ver desde diferentes perspectivas:
• Red de absorción de agua y nutrimentos.
• Estructuras mecánicas que soportan las plantas, consolidan el suelo, construyen canales, rompen rocas, etc.
• Conductos hidráulicos que redistribuyen el agua del suelo y los nutrien-tes.
• Bombas de carbono que alimentan a los organismos del suelo y contribu-yen a aumentar el contenido de materia orgánica.
• Órganos de almacenamiento.
• Fábricas químicas que cambian el pH del suelo, fi ltran toxinas, concen-tran elementos raros, etc.
• Red de sensores que ayuda a regular el crecimiento de las plantas.
• Hábitat para las micorrizas y los organismos de la rizosfera.
La función de la raíz está controlada en cierta medida por su anatomía, así por ejemplo las funciones de la caliptra o cofi a, por mencionar sólo una parte de la raíz, son proteger la región meristemática, servir de sensor de la gravedad y producir mucílago (ácido poligalacturónico). Su papel en el crecimiento de las raíces a través del suelo afecta indirectamente la longitud del sistema radical. No hay absorción de nutrimentos en la caliptra, y miles de células se eliminan por fricción cada día.
4. Absorción de nutrimentos por parte de la raíz
La absorción de nutrimentos por el sistema radical está dada por la ecua-ción
A = 2 π ã L α Cla
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Donde:
A es la absorción de nutrimentos a través del sistema radical (µg s-1).
ã representa el radio promedio del sistema radical que contribuye a la
absorción de nutrimentos (cm).
L es la longitud total del sistema radical (cm).
α es el coefi ciente de absorción de la raíz (cm3 de solución cm-2 de raíz
s-1).
Cla es la concentración de la solución del suelo en la superfi cie de la raíz
(µg nutrimentos cm-3 de solución).
Lo anterior demuestra que para que haya una buena absorción de nutrimen-
tos por parte de la planta es importante que el medio tenga un alto contenido de
nutrimentos y que las raíces no tengan limitación en su desarrollo. Además de
esto, los mecanismos envueltos en el movimiento de nutrimentos en la interfase
suelo-raíz son: 1. La absorción de nutrientes y el agua por las raíces como un
proceso principal; 2. El transporte desde el suelo hasta la superfi cie de las raíces
es a través de fl ujo de masas y difusión; 3. La desorción de los iones desde la
fase sólida repone la solución del suelo; 4. La exudación de sustancias desde la
raíz disuelve nutrientes desde el suelo de la rizosfera (Claassen y Steingrobe,
1999).
Las plantas absorben agua y nutrimentos. La absorción de agua provee el
transporte de nutrimentos a través del fl ujo de masas desde el suelo hacia las
raíces. La absorción de nutrientes tiende a vaciar la solución del suelo cerca de
las raíces, creando un gradiente de concentración desde el suelo hacia la raíz y
disturbando el equilibrio entre los iones disueltos en la solución del suelo y los
adsorbidos en la fase sólida del suelo. Estos procesos causan tanto el transporte
del nutrimento desde el suelo hacia la raíz como la desorción del material sólido
del suelo que abastece la solución del suelo. Esta secuencia es una de las es-
trategias básicas de las plantas para obtener nutrimentos distantes de la raíz y
adquirir los nutrimentos desde la fase sólida del suelo, aunque los nutrimentos
sean absorbidos solamente desde la solución del suelo. Cuando las raíces ab-
sorben un nutrimento su concentración puede cambiar drásticamente a la super-
fi cie de la raíz. Si el fl ujo de masas es mayor que la absorción, los nutrimentos
se acumulan e incluso pueden precipitarse alrededor de las raíces. Esto ha sido
mostrado en la formación de sales de calcio. Por contraste, los nutrimentos de
concentración relativamente baja en la solución del suelo, tales como fosfato y
potasio, decrecen rápidamente en la interfase suelo-raíz.
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Otro mecanismo muy importante para la absorción de nutrimentos es la aso-
ciación simbiótica planta-hongo (micorrizas), las cuales extienden la exploración
de las raíces en el suelo y hacen más efi ciente el proceso de absorción, especial-
mente importante en ambientes desfavorables. La superfi cie de absorción de las
raíces colonizadas con micorrizas se puede incrementar hasta en mil veces.
5. Factores que afectan el desarrollo del sistema radical
Recordemos que la ecuación de absorción de nutrimentos es A = 2 π ã L
α Cla. Hay factores genéticos y factores ambientales que controlan el desarrollo
de la raíz (ã y L). Entre los factores ambientales se cuentan la temperatura, los
factores químicos y los factores físicos del suelo.
Factores químicos
Acidez (Aluminio y H+)
Contenidos altos de Al pueden dañar las células inhibiendo la división en
el periciclo, reduciendo la ramifi cación de las raíces y como consecuencia se
tendrán raíces cortas y achatadas.
Concentración de nutrimentos
Se sabe que la densidad radical cambia en respuesta a las concentraciones
de nutrimentos: en presencia del ion HPO4 aumenta y de NO
3 disminuye. La
ramifi cación es mayor con alta concentración de nutrimentos, y el diámetro de la
raíz tiende a aumentar con una mayor fertilidad.
Materia orgánica
Altos contenidos de M.O. causan ramifi cación, posiblemente debido a los
subproductos microbianos y la descomposición del mucílago. La producción de
oligosacáridos promueve la formación de enzimas que inician la ramifi cación.
Salinidad
El potencial osmótico alto en el suelo disminuye la turgencia en la raíz y re-
duce su elongación. La salinidad puede impedir que las raíces entren en algunos
espacios del suelo.
Factores físicos
Pobre aireación / Exceso de agua
Si las raíces están adaptadas al exceso de agua, la porosidad de la raíz
aumentará (aerénquima). La porosidad de las raíces en las plantas acuáticas
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puede ser igual a la porosidad de las raíces de las plantas en suelos con buen
drenaje. En condiciones de exceso de humedad, la porosidad en plantas adapta-
das es del 30% o más, en tanto la porosidad en plantas no adaptadas se reduce
entre el 1% y el 6%. Con el estrés por falta de aireación se suprime la aparición
de pelos radicales, aumenta el diámetro de la raíz, disminuye la ramifi cación de
las raíces y cambia la distribución de las raíces en el perfi l del suelo.
Resistencia mecánica del suelo
Tiene gran infl uencia en la distribución de las raíces en el suelo y el cre-
cimiento en el tiempo. La tasa de crecimiento de la raíz (EL) es función de la
presión que actúa sobre la pared celular (Pw), que la obliga a extenderse, y un
factor de extensibilidad (m), que describe la capacidad de la pared celular para
deformarse o ampliarse.
EL= P
w * m
[cm sec-1] = [MPa] * [cm MPa-1 sec-1].
La anterior se denomina la ecuación de elongación de la raíz, que mediante
desarrollo matemático puede expresarse en los siguientes términos:
EL = (Ψ
PT – Ψ
PO – Ψ
Pth - σ)
* m
Donde:
ΨPT
es el potencial total de agua de la planta.
ΨPO
es el potencial osmótico de la planta.
ΨPth
es el umbral crítico de presión, valor mínimo que debe ser excedido
para que haya elongación.
σ es la resistencia mecánica del suelo.
Como puede apreciarse, al aumentar la resistencia mecánica del suelo (σ)
el resultado de la sumatoria de términos dentro del paréntesis disminuye, y por
consiguiente la elongación de la raíz es menor.
6. Locación de carbono en el sistema radical
No se conoce exactamente la cantidad de carbono que la caña de azúcar
localiza en su sistema radical, pero como referencia se puede tomar un balance
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de carbono en una planta de trigo (Swinnem et al., 1994; Pritchard and Rogers,
2000). Mediante el uso de carbono radiactivo etiquetado se determinó que el
29% del C fi jado por la planta se localiza en la parte subterránea. Del carbono
localizado en la parte subterránea el 22% se recuperó en las raíces vivas al
momento de la cosecha, el 40% se perdió como respiración de la raíz, el 22%
correspondió a exudados de la raíz a la rizosfera y el 16% restante se gastó en
la renovación de las raíces fi nas.
7. Renovación del sistema radical en caña de azúcar
Con el uso 32P como un indicador, Wood y Wood (1967) encontraron acti-
vidad de las raíces a una profundidad de 2 m, catorce semanas después de la
cosecha. Determinaron que era demasiado pronto para que se tratara de raíces
de la nueva soca a esta profundidad y concluyeron que la cepa se mantiene viva
después de la cosecha y el viejo sistema radical conserva alguna funcionalidad.
Esta hipótesis fue comprobada por Glover (1968), quien, mediante el uso de un
rizotrón, encontró que el crecimiento de las raíces cesó después de tres días de
la cosecha y el viejo sistema radical aparentemente murió. Nuevas raíces surgie-
ron de los nudos basales de los brotes jóvenes en las semanas siguientes, pero
siete semanas después de la cosecha algunas raíces nuevas surgieron de las
raíces viejas que estaban activas al momento de la cosecha. El sistema radical
de la caña de azúcar después de cada cosecha se renueva parcialmente a una
velocidad que depende de las condiciones ambientales y las necesidades del
cultivo. Así, por ejemplo, si después de la cosecha se tienen unas condiciones de
sequía fuerte, la renovación del sistema radical es lenta y las raíces del cultivo
anterior continúan sosteniendo el crecimiento de los tallos de la nueva soca.
8. Conclusiones
• La compactación del suelo afecta el desarrollo tanto de la parte aérea
como de las raíces de la caña de azúcar. Los suelos tienden a compac-
tarse de manera natural por acción de los ciclos de humedecimiento y
secado. La producción de caña dependerá en buena parte de que se
puedan hacer las prácticas de cultivo necesarias para airear el suelo y
facilitar la infi ltración del agua.
• Valores altos en la densidad aparente del suelo no son tan perjudiciales
para el desarrollo de las raíces siempre y cuando se maneje un contenido
adecuado de humedad que disminuya la resistencia mecánica del suelo
y no se causen problemas por falta de aireación del mismo.
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• En presencia de factores limitantes para el desarrollo normal de las raí-
ces la planta destina un mayor porcentaje de los carbohidratos totales
producidos para tratar de aumentar el desarrollo radical y compensar las
defi ciencias hídricas y nutricionales.
• El sistema radical tiene enorme infl uencia en la productividad de la caña
de azúcar debido a sus efectos en:
– La entrega de recursos del suelo.
– La economía de C de la planta y la partición de asimilados entre los
componentes de la biomasa.
– El intercambio de gases y la asimilación.
• Mejorar la salud del suelo en cuanto a su estructura, condiciones quí-
micas y biológicas conduce a una mejor asimilación de los nutrimentos,
aun cuando el suministro de agua y nutrimentos del suelo se considere
adecuado.
9. Bibliografía
Claassen, N., Steingrobe, B., 1999. Mechanistic simulation models for a better
understanding of nutrient uptake from soil. In: Rengel Z.: Mineral Nutri-
tion of Crops. Fundamental Mechanisms and Implications. New York, NY:
Haworth Press, p 327-367.
Glover, J., 1968. The behaviour of the root-system of sugarcane at and after har-
vest. Proc. S. Afr. Sugar Technol. Assoc. 42, 133–135.
Pritchard, S.G., Rogers, H.H., 2000. Spatial and temporal deployment of crop
roots in CO2-enriched environments. New Phytol. 147, 55–71.
Smith, D.M., Inman-Bamber, N.G., Thorburn, P.J. 2005. Growth and function of
the sugarcane root system. Field Crops Res. 92, 169-183.
Swinnen, J., van Veen, J.A., Merckx, R., 1994. 14C pulse-labelling of fi eld-grown
spring wheat: an evaluation of its use in rhizosphere carbon budget esti-
mations. Soil Biol Biochem. 26, 161–170.
Wood, G.H., Wood, R.A., 1967. The estimation of cane root development and
distribution using radiophosphorus. Proc. S. Afr. Sugar Technol. Assoc. 41,
160–168.
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
El suelo y la sostenibilidad para la caña de azúcar
La materia orgánica en el suelo Fernando Muñoz Arboleda*
En el suelo existe una inmensa cantidad de organismos, incluyendo las
plantas, que obtienen la energía necesaria para su ciclo de vida de compuestos
orgánicos presentes en el medio edáfi co. Los organismos vivos van desde lom-
brices de tierra e insectos (macrofauna), nemátodos (mesofauna), protozoos
y arqueozoos (microfauna), algas, hongos, actinomicetos y bacterias (micro-
organismos), hasta animales excavadores y raíces de plantas. Todos estos
organismos y la gran cantidad de compuestos bioquímicos que producen son
conocidos como la biomasa del suelo (Essington, 2004).
El carbono juega un papel vital para los seres vivos, ya que es el principal
encargado de proveer la estructura sobre la cual se forman las diversas sustan-
cias bioquímicas que hacen parte de la biomasa de los organismos. El carbono
(C) contenido en la biomasa y en las sustancias excretadas por los seres vivos
del medio edáfi co es llamado C orgánico. El C orgánico (CO) se halla en todos
los materiales presentes en los seres vivos o procedentes de ellos. De esta
forma el C orgánico se encuentra en el suelo en tres grandes fracciones: C en
la biomasa, C en residuos de organismos en descomposición y C en la materia
orgánica (MO) o humus.
La fracción conocida como materia orgánica del suelo o humus se halla a
su vez dividida en sustancias no-húmicas y sustancias húmicas. Las sustan-
* Ingeniero Agrónomo, Edafólogo de Cenicaña PhD.
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cias no-húmicas provienen de la descomposición de los residuos de biomasa
presentes en el suelo. Esta fracción está compuesta por sustancias orgánicas
químicamente reconocibles, tales como ácidos orgánicos, carbohidratos sim-
ples, polisacáridos, aminoazúcares, aminoácidos, lignina, cutina, melanina. Al
provenir de los organismos presentes en un ambiente ecológico determinado
se encuentran en diferentes proporciones.
La segunda fracción de la materia orgánica del suelo la componen las
sustancias húmicas. Estas se forman a partir de las sustancias no-húmicas.
El proceso de formación de la fracción húmica es controversial entre los cien-
tífi cos que la estudian. La teoría clásica es la polimerización de sustancias
no-húmicas para formar las sustancias húmicas; esta teoría no es aceptada por
otro grupo de estudiosos, que sugiere que lo que hay es un arreglo de sustan-
cias no-húmicas que forman una estructura conformacional (Essington, 2004).
Al provenir de una gran diversidad de sustancias no-húmicas las sustancias
húmicas son casi exclusivas del lugar en que se formaron.
La fracción húmica es una fracción estructuralmente estable, aunque pre-
senta una alta Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC). Esta propiedad es
muy importante para los suelos de explotación agrícola, ya que permite retener
los nutrimentos en forma disponible para las plantas; propicia la estabilidad de
agregados, lo que a su vez mejora la estructura del suelo; incrementa la poro-
sidad (macro y mesoporos) y la infi ltración y crea microambientes (aeróbicos
y anaeróbicos); por lo tanto favorece la diversidad de organismos edáfi cos.
Además, su alta CIC le permite retener moléculas de plaguicidas (herbicidas,
fungicidas) para que estos sean degradados por los microorganismos presen-
tes en el medio edáfi co.
El contenido de C orgánico de un suelo es usado para predecir de manera
indirecta la necesidad de N de los cultivos. Actualmente, en muchos lugares
la metodología para estimar el contenido de C orgánico de los suelos es el
método de oxidación húmeda (Walkley y Black, 1934). El valor de C orgánico
estimado por este método es multiplicado por un factor (generalmente 1.5 –
1.9) para estimar porcentaje de MO. Este método estima un valor aceptable
del contenido del CO del suelo; pero la estimación de la necesidad de N para
los cultivos basada en este método no es muy confi able, ya que como vimos
anteriormente la gran variabilidad en la composición de la fracción no-húmica
del suelo hace que la estimación del N disponible para mineralización sea
imprecisa. Ante los problemas que implica el no contar con una metodología
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
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confi able para predecir la necesidad de N para los cultivos se han propuesto
metodologías como el Illinois Soil Nitrogen Test (ISNT) (Khan et al., 2001) y
el Direct Steam Distillation (DSD) (Roberts et al., 2009), los cuales miden la
cantidad de aminoazúcares presentes en la materia orgánica del suelo, pues
esta es la fracción de sustancias no-húmicas que se encuentran más próximas
a la mineralización y por lo tanto disponibles para los cultivos.
Bibliografía
Essington, M.E. 2004. Soil and water chemistry. An integrative approach. CRC
Press. Boca Ratón, Florida. 534 p.
Khan, S.A., Mulvaney, R.L., y Hoef, R.G. 2001. A simple soil test for detecting
sites that are nonresponsive to nitrogen fertilization. Soil Science Society
of America Journal 65, 1751-1760.
Walkley, A. & Black, I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for de-
termining soil organic matter, and a proposed modifi cation of the chromic
2009. Direct steam distillation as an alternative to the Illinois Soil Nitrogen
Test. Soil Science Society of America Journal. 73, 1269-1275.
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Los residuos de la caña de azúcar
Fernando Muñoz Arboleda*
El corte de la caña en verde deja en el campo una gran cantidad de resi-
duos que deben ser arreglados (encallados) de manera que causen el menor
efecto al rebrote de la siguiente soca y la menor interferencia con las labores
de levantamiento. Al fi nal del ciclo las plantas de caña de azúcar alcanzan una
gran acumulación de biomasa. Es así como en la biomasa aérea (hojas, yaguas
y tallos) de la variedad CC 85-92 en la zona productora del Valle del Cauca, ésta
extrae 136, 31 y 245 kg ha-1 de N, P y K por cada 100 toneladas de tallos de caña
producidos. De la extracción de elementos mayores en la biomasa aérea, 57, 9
y 103 kg ha-1 de N, P y K, respectivamente, quedan en el campo en los residuos
de cosecha (hojas y yaguas). Desde el punto de vista nutricional es de resaltar la
importancia del retorno de los residuos al suelo, ya que estos representan 42%
del N y K y 29% del P presente en la biomasa aérea total (hojas, yaguas y tallos),
necesaria para producir 100 toneladas de tallos de caña.
Un factor determinante en la velocidad de descomposición de residuos es la
relación C/N. Como regla general se tiene que si la relación C/N es mayor que 30
se presentará inmovilización del N porque los microorganismos del suelo estarán
limitados por el escaso N presente en los residuos y puede haber competencia
por el N entre los microorganismos y el cultivo. Cuando la relación C/N está entre
20 y 30 se presenta equilibrio entre inmovilización y mineralización. Si la relación
es menor que 20 habrá mineralización neta y el cultivo tendrá N disponible. Los
residuos de caña revelan una relación C/N entre 80 y 90, lo que signifi ca que tie-
nen una descomposición lenta y pueden inducir defi ciencia temporal de N en las
plantas de caña adyacentes a los residuos encallados. Al momento de aplicación
de los residuos bajos en N (Havlin, 1999), inicialmente se presenta un descenso
del nitrato (NO3-) disponible en el suelo por inmovilización en la biomasa de los
microorganismos, cuya población crece como es indicado por el incremento de la
emisión de CO2. Posteriormente cuando el nitrato disponible se agota, la emisión
de CO2 decrece; esto indica que la población de microorganismos también men-
gua. La relación C/N en la biomasa de los microorganismos es aproximadamente
de 8, por lo que el N en su biomasa es prontamente mineralizado y el nivel de
* Ingeniero Agrónomo, Edafólogo de Cenicaña PhD.
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NO3
- rápidamente excede el nivel de NO3- presente en el suelo antes de aplicar
los residuos bajos en N.
Entre los benefi cios logrados por un buen manejo de los residuos se pueden
citar: reducción de la erosión por viento y agua, incremento de la materia orgá-
nica del suelo (MO), aumento de la capacidad de retención de agua disponible
a las plantas y auge de organismos benéfi cos (Andrews, 2006). En un ensayo
establecido en Cenicaña, después de ocho cortes se observó el benefi cio de la
inclusión de los residuos de la cosecha en verde sobre la sostenibilidad de la
producción en los tratamientos en que dichos residuos se aplicaron en combi-
nación con fertilizantes. A pesar de los benefi cios que aportan los residuos de la
cosecha, los efectos son variables entre sitios. Es así como en algunos sistemas
con alta incorporación de residuos se ha reportado incremento de enfermedades
o baja germinación, especialmente en sistemas de producción de la zona tem-
plada (Linden et al., 2000).
El incremento en la actividad de los microorganismos debido a la presen-
cia de residuos se manifi esta con una mayor emisión de CO2 y disminución en
emisión de óxido nitroso (N2O) y metano (CH
4). El incremento en la emisión de
CO2 se debe al efecto combinado de la respiración de las raíces de las plantas y
la actividad respiratoria de los microorganismos presentes en el medio edáfi co.
En suelos con baja permeabilidad la presencia de residuos puede incrementar
problemas como la emisión de N2O.
Bibliografía
Andrews, S. S. (2006). Crop residue removal for biomass energy production: Effects
on soils and recommendations. Soil Quality National Technology Development
Team. USDA-Natural Resource Conservation Service. White paper. 15 p.
Havlin, J.L., J.D. Beaton, S.L. Tisdale y W.L. Nelson. 1999. Soil fertility and fertili-
zers- An introduction to nutrient management. Sixth edition. Prentice Hall.
Upper Saddle
River, New Jersey. 499 p. Linden, D.R., Clapp, C.E. y Dowdy, R.H. (2000). Long-
term corn grain and stover yields as a function of tillage and residue remo-
val in east central Minnesota. Soil and Tillage Research 56: 167-174.
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Los sistemas de preparación de suelos Luis Arnoby Rodríguez Hurtado*
Distribución de tamaño de agregados
La preparación de suelos tiene como fi n hacer una distribución de tamaño
de agregados adecuada para albergar la semilla. La agregación debe garantizar,
entre otros factores, buen movimiento de agua y aire dentro de la masa de suelo,
mayor capacidad de retención de agua, resistencia a la erosión y contribución a
la conservación de la materia orgánica. La distribución de los agregados puede
determinarse tamizando una muestra en cribas estáticas o rotativas, o por mé-
todos modernos como la tomografía, que debe ser heterogénea y aproximarse
a una distribución logarítmica normal. En experimentos de preparación desarro-
llados por Cenicaña se utilizaron seis tamices entre 100 mm y 3.125 mm, y se
obtuvieron distribuciones cuyo diámetro medio ponderado varió entre 22 mm y
36 mm, sin diferencias signifi cativas en el tamaño medio de los agregados en la
mayoría de los casos.
La calidad de la preparación también se refl eja en factores como facilidad y
profundidad del surcado, conformado del surco y facilidad de tendido y tapado
de la semilla. Defi ciencias en la preparación pueden dar lugar a problemas en
la profundidad y geometría del surco y difi cultades para colocación y tapado de
la semilla. El sobrelaboreo proporciona agregados más pequeños y surcado de
buena profundidad y geometría, pero riñe con los principios conservacionistas
del suelo, pues causa deterioro en su estructura y propiedades físicas, químicas
y biológicas, acelera la oxidación de la materia orgánica y la pérdida de humedad
y contribuye a la erosión y contaminación de las fuentes superfi ciales de agua
y al cambio climático. Al mecanizar se presentan reacciones entre el oxígeno
del aire y el carbono del suelo, lo cual genera CO2, uno de los gases de efecto
invernadero. Experimentos realizados en México mostraron que con labranza
conservacionista se incrementó el nivel de C en la capa superfi cial. En labranza
convencional el efecto fue inverso (Apezteguia y Sereno, 2002).
* Ingeniero Mecánico, PhD. Asesor en Mecanización de Cenicaña
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Consistencia del suelo
Los resultados de la interacción suelo-implemento dependen en gran parte
de las propiedades mecánicas del suelo cohesión, adhesión y fricción, las cuales
varían con la textura y el contenido de humedad del suelo y son la manifestación
de las fuerzas entre las partículas de suelo y entre el suelo y los implementos.
Estas propiedades defi nen la consistencia del suelo, su capacidad para resistir
el efecto de implementos y máquinas que ejercen fuerzas cortantes o presión y
causan rotura o compactación de la masa de suelo. Los suelos arcillosos son de
alta cohesión cuando secos y poco adhieren los implementos, en tanto en suelos
húmedos disminuyen la cohesión entre partículas, pero aumentan la adhesión
suelo-implemento hasta que el exceso de agua forma una película lubricante (Fi-
gura 1).
La consistencia del suelo también se expresa en los límites de Atterberg: límite
de contracción LC, límite plástico inferior LPI y límite plástico superior LPS (Figura
2), que muestran el comportamiento del suelo según su contenido de humedad:
por debajo de LC el suelo se comporta como un sólido, es difícil de mecanizar por
la cohesión y demanda alto consumo energético con baja fragmentación del suelo.
Al aumentar el contenido de humedad entre LC y LPI el suelo se vuelve frágil,
rotura más fácilmente y responde mejor a la acción del implemento. Por encima de
LPI el suelo es plástico; primero se deforma por la acción de las cargas y luego
sufre rotura por corte o compresión de la masa de suelo. Después de LPS el
alto contenido de humedad le da al suelo comportamiento de líquido; fl uye y no
Figura 1. Variación de las propiedades mecánicas con la humedad del
suelo.
Cohesión
Adhesión
SaturadoMuyHúmedo
Húmedo Húmedo
Estado de humedad
Consi
stenci
a
MedioSeco
23
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
LC LPI LPS
SÓLIDO SEMISÓLIDO PLÁSTICO LÍQUIDO
(%)
Frágil, friable Humedad
Figura 2. Estados del suelo según su contenido de humedad.
se fragmenta por la presión que ejercen los implementos. La mejor respuesta del suelo a los implementos es en la condición frágil o friable.
Propiedades mecánicas del suelo
Los implementos agrícolas ejecutan una acción mecánica sobre el suelo y este responde según sus propiedades mecánicas. De esta interacción resultan esfuerzos normales y cortantes dentro de la masa de suelo; producto de ello se presenta a lo largo de un plano una falla cuya dirección (β) depende del ángulo de fricción entre las partículas del suelo (Figura 3). El bloque de suelo cortado se desliza sobre el plano de falla generando levantamiento y un frente creciente de falla. La presión que ejerce el implemento sobre la masa de suelo genera fuerzas normales (Fn) y cortantes (Fc) sobre el plano de falla. Estas fuerzas
Figura 3. Esfuerzos causados dentro de la masa de suelo por un im-plemento.
Fc = A*C + Fn*tanφA = área del plano de fallatanφ = coefi ciente de fricciónβ = dirección del plano de falla = π/4 – φ/2
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
están relacionadas, según la ecuación de Coulomb, en la que además muestran su importancia las propiedades mecánicas del suelo a través del coefi ciente de cohesión (C) y el ángulo de fricción interna entre las partículas de suelo (φ).
Movimiento del suelo
Los implementos crean esfuerzos y dan movimiento a las partículas de sue-lo hacia arriba, adelante y al mismo tiempo hacia los lados hasta que están fuera del alcance del implemento (Sharifat y Kushwaha, 2000). Algunos factores del implemento, como curvatura, ancho y ángulo de ataque (α), tienen infl uencia en el resultado fi nal de dicho movimiento. Ángulos de ataque entre 20o y 30o permiten mejor desempeño del implemento (Marakoglu y Carman, 2009). La profundidad de trabajo y la separación entre cuerpos son importantes; a mayo-res profundidades se incrementan las posibilidades de alcanzar la profundidad crítica a partir de la cual no se produce roturación y se genera compactación lateral. La separación entre cuerpos debe ser tal que se produzca superposición en los efectos de roturación ocasionados por dos cuerpos consecutivos (Figura 4). Cuerpos muy separados pueden dar lugar a franjas de suelo sin roturar.
Las características mecánicas del suelo también defi nen los requerimientos de tiro para operar los implementos y limitan la capacidad de tracción de los tractores, según la ecuación de Coulomb. El torque que desarrollan los tractores genera sobre la superfi cie de apoyo fuerzas cortantes que causan la falla del
Figura 4. Relación entre la profundidad y la separación de los cuerpos.
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Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
área de contacto suelo-máquina, lo cual hace que el suelo se deslice y, por con-
siguiente, se genere patinaje en la máquina y se limite la tracción. Para mejor
aprovechamiento de labores, máquinas e implementos se deben tener en cuenta
aspectos relacionados con el comportamiento del suelo frente a las cargas que
debe soportar:
• El tipo de suelo y su condición de humedad son factores determinantes
en los resultados de las labores mecanizadas.
• La distribución de los agregados al fi nal de la preparación debe ser hete-
rogénea.
• El laboreo intensivo representa costo extra y favorece la erosión y la de-
gradación del suelo.
• Las propiedades mecánicas del suelo infl uyen en la respuesta del suelo
al implemento y los requerimientos de tiro y limitan la capacidad de trac-
ción de las máquinas.
• Se deben explorar alternativas para un mejor aprovechamiento de las
labores de labranza.
Bibliografía
Apezteguia H. y R. Sereno. 2000. Infl uencia de los sistemas de labranza sobre la
cantidad y calidad del C orgánico del suelo. Agricultura Técnica 62(3):418-
426. Chile.
Marakoglu, T y K. Carman. 2009. Effects of design parameters of a cultivator
share on draft force and soil loosening in a soil bin. Asian Network for
Scientifi c Information. Journal of Agronomy 8(1):21-26. Turkey.
Sharifat, K y R.L. Kushwaha. 2000. Modeling soil movement by tillage tools. Ca-
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Sistema planta-agua
y su relación con la fertilizaciónJosé Ricardo Cruz Valderrama*
Absorción de agua
El sistema radical de las plantas no solamente sirve como anclaje al suelo,
sino también como un medio efi caz para la absorción de nutrimentos y agua. La
absorción de agua se realiza en la epidermis de la raíz, especialmente en los
pelos absorbentes desde donde el agua pasa a través de las células corticales
al tejido del xilema (Figura 1), el cual es el encargado de transportar la savia
bruta hasta las hojas para ser usada en el proceso de fotosíntesis. La superfi cie
de los pelos absorbentes puede representar hasta el 60% del total del área de la
superfi cie radicular.
Durante las horas de alta demanda evaporativa de la atmósfera el agua en
el suelo que circunda a las raíces se absorbe tan rápidamente que se agota. En
este momento el fl ujo de agua desde el suelo hacia la raíz depende del gradiente
hidráulico entre el suelo y la parte exterior de la raíz y de la conductividad capilar
del suelo. Las plantas también pueden elongar sus raíces para entrar en contacto
con el suelo húmedo; algunas pueden crecer sus raíces 3-60 mm por día.
A medida que la raíz absorbe agua la solución del suelo queda confi nada
muy cerca de las partículas del suelo donde la tensión es mayor, lo cual hace que
la cantidad de agua disponible para la raíz sea menor.
Efecto del agua sobre los nutrimentos del suelo
El défi cit de humedad del suelo disminuye la disponibilidad de los nutrimen-
tos, así se encuentren en cantidades sufi cientes. El agua en exceso o défi cit en la
zona radicular afecta la forma química en la que están presentes los nutrimentos
en el suelo.
* Ingeniero Agrícola M.Sc. en Ciencias. Ingeniero de Suelos y Aguas de Cenicaña.
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Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
El nitrógeno es el nutrimento que más limita la producción de los cultivos no
leguminosos como la caña de azúcar, ya que al ser esta una gramínea depende
del nitrógeno proveniente de la mineralización de la materia orgánica del suelo
y de los fertilizantes aplicados como complemento al disponible en la materia
orgánica.
El nitrógeno es absorbido por las plantas como amonio o como nitrato; el
efecto biológico de absorberlo de una forma u otra afecta el desempeño y la
productividad de los cultivos.
En general las plantas requieren una combinación de las dos formas de
nitrógeno, aunque la tendencia es a una mayor proporción de nitrato que de amo-
nio. La forma predominante del nitrógeno en el suelo depende principalmente del
contenido de humedad del suelo. En suelos con exceso de humedad se restringe
la nitrifi cación, ya que es un proceso realizado por bacterias exclusivamente ae-
róbicas.
Figura 1. Estructura de la raíz con los pelos absorbentes para
explicar la absorción de agua.
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Para ser absorbidos los nutrimentos deben estar disueltos en el agua con-
tenida en los poros que se forman entre las partículas de suelo. La presencia
y solubilidad de los elementos minerales necesarios para el desarrollo de las
plantas son factores determinantes para que la planta alcance la sufi ciencia o
sufra la defi ciencia de uno o más nutrimentos. Cuando un elemento mineral está
presente en alta cantidad y solubilidad se pueden presentar problemas de toxi-
cidad.
La solución formada por el agua al actuar como solvente y los nutrimentos
como solutos es conocida como la solución del suelo. Al entrar a la planta a
través de la raíz, los nutrimentos comienzan un largo camino hacia las hojas, el
principal centro de actividad fotosintética.
Para llegar a las hojas el agua con nutrimentos disueltos debe atravesar dife-
rentes medios, como pared celular, citoplasma, membranas y espacios porosos.
Los mecanismos de transporte de esta solución dependen del medio por el que
deben pasar.
Los principales mecanismos de transporte son la difusión molecular y el fl ujo
masal. El primero es rápido a corta distancia pero lento a larga distancia, en tanto
el segundo es muy rápido a larga distancia.
Transpiración
La mayor parte del agua absorbida por las plantas es liberada a la atmósfera
en forma de vapor y solamente entre 1% y 2 % de esta agua es utilizada para la
formación de los tejidos.
La fotosíntesis es un proceso que ocurre en las hojas de las plantas y que
permite combinar el anhídrido carbónico (CO2) con agua, en presencia de la
energía solar, para producir carbohidratos. En la epidermis de las hojas se en-
cuentran unos pequeños orifi cios, denominados estomas, que se cierran y abren
según la luminosidad y la disponibilidad de agua en la hoja. La cutícula foliar es
impermeable al agua y al CO2; por consiguiente, el vapor de agua y otros gases
de intercambio entre la hoja y la atmósfera deben pasar a través de los estomas.
El aparato estomático incluye el orifi cio del estoma y las células de guardia.
Los estomas pueden ser activados por diferentes mecanismos, como la con-
centración de potasio, que abre los estomas en las mañanas, y la concentración
de sacarosa, que los mantiene abiertos el resto del día, mientras la planta está
fotosintéticamente activa.
29
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Cuando los estomas se encuentran abiertos el aire que entra a la hoja eva-
pora la película de agua que cubre las células del mesófi lo y produce la presión
hidrostática negativa, que genera la succión necesaria para que el agua que se
encuentra en el xilema ascienda hacia las hojas.
La absorción de CO2 de la atmósfera se realiza por difusión a través de la
pared celular en el interior de la hoja, para lo cual es necesario que el CO2 entre
primero en solución. El tejido interno de la hoja o empalizada está formado por
las células esponjosas del mesófi lo, en donde el agua se evapora y forma un
ambiente saturado de agua que se comunica con la atmósfera exterior cuando
están abiertos los estomas. La absorción de CO2 para la fotosíntesis es un pro-
ceso que necesariamente va acompañado por la pérdida de agua en forma de
vapor por transpiración.
Se plantea, entonces, un dilema sobre cómo maximizar la producción de los
cultivos aplicando la menor cantidad de agua de riego. Para optimizar la absorción
de CO2 se necesita que los estomas estén completamente abiertos, pero este
hecho permite al mismo tiempo una mayor pérdida de agua por transpiración. La
apertura de los estomas está controlada por la disponibilidad de agua en el suelo
y por factores ambientales que regulan los procesos de difusión y evaporación.
Evapotranspiración (Et)
El consumo total de agua de la caña varía considerablemente entre los diver-
sos países cañicultores del mundo debido a diferencias en los ciclos de cultivo.
Por lo general el consumo de agua por año oscila entre 1.200 mm y 1.500 mm;
se registran los mayores valores en las zonas subtropicales, donde el verano es
intenso y, por consiguiente, la demanda evaporativa de la atmósfera es mayor
que en los trópicos.
El consumo diario de agua de una planta es conocido también como eva-
potranspiración o uso consuntivo, y corresponde al proceso combinado del agua
perdida por evaporación directa desde la superfi cie del suelo y la absorbida por
las raíces, que posteriormente es perdida casi en su totalidad por transpiración
a través de la superfi cie de las hojas. La evapotranspiración es afectada por
factores de suelo, planta y clima. Cuando el contenido de humedad del suelo
es alto, las plantas pueden transpirar a su máxima capacidad; en este momento
la evapotranspiración obtenida se conoce como potencial (Etp). En el mundo se
han registrado valores máximos de Etp que varían entre 3.7 mm/día en Colombia
y 15.7 mm/día en Ayr (Australia).
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
El Valle del Cauca está ubicado en el trópico, a 3° de latitud norte con una
altitud media de 1.000 metros sobre el nivel del mar. Sus fl uctuaciones mensua-
les de temperatura, brillo solar y evaporación (Ev) son pequeñas. Por su parte,
en las zonas subtropicales de Argentina, Sudáfrica y Australia los cultivos están
cerca al nivel del mar y durante el verano la temperatura es alta; por consiguien-
te, la demanda evaporativa es mayor, y se pueden registrar valores diarios de
evapotranspiración entre 7 - 15 mm/día.
En las condiciones de campo de los cultivos comerciales la humedad del
suelo es variable y puede bajar hasta niveles intermedios entre la capacidad de
campo y el punto de marchitamiento permanente. En este caso la planta evapo-
transpira a una tasa inferior a la potencial, conocida como Evapotranspiración
actual (Et), valor que es utilizado para asignar los requerimientos de agua de las
plantas.
En los suelos de textura fi na y en condiciones húmedas la evaporación desde
la superfi cie del suelo puede ser alta antes del cierre del cultivo. Posteriormente,
cuando hay 100% de cobertura vegetal, la evaporación desde el suelo es mínima
y el cultivo pierde agua esencialmente por transpiración.
Experimentos realizados por Cenicaña en las condiciones ambientales del
valle del río Cauca han permitido obtener valores de Et de 2.1 mm/día para el
período de macollamiento (2.0 a 4.0 meses) y de 3.1 mm/día para el período de
rápido crecimiento (4.0 a 10 meses). Experimentos de evapotranspiración reali-
zados en lisímetros de percolación, con la plantilla y dos socas de la variedad CP
57-603 y MZC 74-275, han permitido observar que los requerimientos de agua
de la caña de azúcar por ciclo de cultivo de 13 meses oscilan entre 1.050 mm y
1.300 mm.
En el Valle del Cauca se ha encontrado una relación lineal muy estrecha
entre Et y Ev, hecho que permite calcular la Et a partir de la evaporación medida
en un tanque Clase A. Una vez estimado el valor de Et se puede fácilmente
implementar la programación de los riegos por el método del balance hídrico.
Requerimientos de riego
Los requerimientos de agua de la caña de azúcar varían de acuerdo con la
etapa de crecimiento, distribución y cantidad de las lluvias, que en el valle geográ-
fi co del río Cauca oscilan entre 800 mm y 2.600 mm. El período vegetativo de la
caña puede ser dividido en tres etapas, que incluyen un período de germinación
y macollamiento (0 a 4 meses), rápido crecimiento (4 a 10 meses) y maduración
31
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
(10 a 13 meses). La anterior descripción de los periodos de desarrollo de la
caña se adapta bien a variedades tempranas; en tanto en variedades de período
vegetativo largo (15 a 16 meses) el período de macollamiento se alarga hasta los
7 - 8 meses. Viene luego el período de rápido crecimiento (9 a 13 meses) y por
último el período de maduración.
En los primeros estados del cultivo las plantas están pequeñas y los reque-
rimientos de agua son bajos. Es así como durante el período de germinación
y macollamiento las socas de caña presentan bajos consumos de agua y los
riegos se pueden reducir al máximo sin afectar la producción de caña y azúcar.
En la parte inicial del período de rápido crecimiento (4 a 7 meses) las plan-
tas son muy susceptibles a los défi cit de humedad. Experimentalmente, se ha
encontrado un gran efecto del défi cit en la producción fi nal cuando se limitó el su-
ministro de agua en este período. Los requerimientos de agua y nutrimentos son
altos, y por consiguiente el cultivo no debe ser sometido a défi cit de humedad.
En el período de maduración el crecimiento de la caña se reduce y la planta
concentra azúcares en los tallos; por lo cual es recomendable restringir los riegos
y evitar las aplicaciones tardías de nitrógeno para no estimular nuevamente el
crecimiento de los tallos y evitar así la cosecha de cañas con bajos contenidos
de sacarosa.
Los experimentos sobre requerimientos de agua han permitido obtener valo-
res de corrección para convertir la evaporación del tanque en evapotranspiración,
K = 0.3 para el período de 2-4 meses y K = 0.7 para el período de rápido crecimien-
to (4 a 10 meses). Se recomienda suspender los riegos después de los 10 meses
para variedades que se cosechan entre 12-13 meses.
En las plantaciones comerciales del Valle del Cauca es muy común hallar
niveles freáticos superfi ciales que puedan aportar hasta un 60% de los requeri-
mientos de agua de la caña. A nivel de campo se ha comprobado la posibilidad
de controlar la posición del nivel freático entre 100 cm y 120 cm, sin reducir la
producción de caña y azúcar. Un nivel freático superfi cial con aguas de buena
calidad puede aportar entre 40% y 60% de los requerimientos de agua de la caña.
El aporte de agua capilar reduce la cantidad de agua que se necesita aplicar como
riego. Estudios realizados en zonas con nivel freático alto han indicado que se
puede reducir el valor de K para el período de rápido crecimiento de 0.7 - 0.5, para
incluir el aporte de agua capilar a partir del nivel freático.
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
La curva de consumo de agua de una planta es continua y va creciendo con
la edad de la caña hasta llegar a valores altos en el período de rápido crecimiento,
para luego decrecer durante el período de maduración. Actualmente los riegos
se han venido programando de manera satisfactoria con un K=0.3 para el período
de germinación y macollamiento, y K=0.7 para el período de rápido crecimiento.
Cenicaña está investigando para defi nir la curva continua de K de las variedades
comerciales y de esta manera lograr una mayor precisión en la estimación de los
requerimientos de riego. Hasta la fecha la función de K hallada por Cenicaña en las
variedades CC 85-92 y CC 93-3895 es: K=0.3 de 1-3 meses, K=0.4 de 3-4 meses,
K=0.6 de 4-5, K=0.7 de 5-6, K=0.8 de 6-7, K=0.7 de 7-9 y K=0.6 de 9-10 meses.
Los riegos de la caña en el Valle del Cauca son de carácter suplementario
debido a que la precipitación natural no es sufi ciente o su distribución no es ade-
cuada para satisfacer los requerimientos de agua de la caña. Durante la última
década se han presentado períodos secos en meses que tradicionalmente son
húmedos. Esta condición exige la programación de los riegos por balance hídri-
co como una garantía para contrarrestar aquellos períodos secos, que pueden
afectar la producción y la rentabilidad del cultivo.
33
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Conferencia: La materia orgánica del
suelo. Origen y propiedadesRaúl Darío Zapata Hernández*
La totalidad de la materia orgánica del suelo se puede reunir fundamental-
mente en dos grupos (Stevenson, 1982; Kononova, 1966). El primero está forma-
do por restos orgánicos y son aquellos materiales identifi cables como las partes
total o parcialmente alteradas de la biomasa (plantas, animales y microorganis-
mos); representa los grupos de descomposición o los productos de la actividad
vital (metabolismo y resíntesis) de la población viva. Lo característico de estos
compuestos es que son identifi cables por la química orgánica (proteínas y ami-
noácidos, hidratos de carbono simples y compuestos, resinas, grasas, ligninas
y otros). Las sustancias de este grupo se consideran fuentes de nutrientes para
las plantas y los organismos del suelo. Igualmente, se les atribuyen actividades
estimulantes e inhibidoras de crecimiento de las plantas, como antibióticos y
vitaminas. La producción de CO2 del suelo y su respiración están asociadas a su
utilización como sustrato por los microorganismos del suelo.
Al segundo grupo componente de la materia orgánica del suelo se le llama
sustancias húmicas. Su formación se origina en procesos de complicadas trans-
formaciones de los restos vegetales y animales del primer grupo. El concepto es
aplicado a compuestos que se forman en el suelo por procesos no mediados por
la vida (Kumada, 1987). Estos procesos son colectivamente llamados humifi ca-
ción; producen una mezcla de sustancias con una alta resistencia al posterior
ataque microbiano y son completamente diferentes, en composición química,
a cualquier sustancia vegetal o animal que les dio origen. Este componente, de
color negro oscuro, de la fase sólida del suelo, juega un papel signifi cativo en
* Químico, M.Sc. en Ciencias del Suelo, Docente Universidad Nacional de Colombia
34
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
la formación y estabilización de los agregados, en el control de la acidez, en el
reciclaje de elementos nutritivos, en la desintoxicación de compuestos peligrosos
que llegan al suelo y en la fertilidad de éste.
En términos simples las sustancias húmicas son una mezcla de compuestos
no sintetizados directamente en los procesos bioquímicos que suceden en el
suelo, aunque ellos tienen una acción inicial importante. Más específi camente,
las sustancias húmicas son compuestos poliméricos formados a partir de los
compuestos producidos por acción microbial y que difi eren de estos biopolíme-
ros por su estructura molecular y su larga persistencia en el tiempo. La defi nición
de sustancias húmicas no implica un grupo particular de compuestos orgánicos,
de relativa masa molecular o reactividad química. Es esencialmente un grupo
muy disímil de compuestos orgánicos de naturaleza refractaria o recalcitrante
(Stevenson, 1982).
La humifi cación de los restos orgánicos está caracterizada, inicialmente, por
una fragmentación de los restos orgánicos y por la formación del humus, el cual
muestra una disminución continua de la relación C/N a medida que avanza. La
meteorización de la roca se caracteriza por una fragmentación física, la forma-
ción de arcillas y la disminución de la relación SiO2/Al
2O
3 del material residual.
Así, la humifi cación y la meteorización pueden ser consideradas procesos aná-
logos (Kumada, 1987).
Las sustancias orgánicas son sintetizadas y mantenidas por fuerzas vitales.
Ellas son inestables cuando plantas y animales mueren. Los minerales en las
rocas fueron sintetizados en presencia de altas temperaturas y altas presiones
en la litosfera. Son inestables en la superfi cie de la tierra donde están sometidos
a bajas temperaturas, a bajas presiones y a la acción del agua, del oxígeno y de
los ácidos. La humifi cación y la meteorización son dos procesos de estabilización
de ambos materiales en las condiciones terrestres. El humus y las arcillas son
productos fi nales resultado de la estabilización de los restos orgánicos y de los
minerales primarios. En ellos se refl ejan las condiciones pedológicas de forma-
ción.
La formación del suelo comienza cuando los organismos vivos colonizan
la roca y empiezan a constituir el horizonte C; así, la meteorización precede a
la humifi cación. En el transcurso del tiempo, con la formación del horizonte A,
ambas, la meteorización y la humifi cación, suceden simultánea y continuamente,
y la actividad biológica y los restos orgánicos aceleran la meteorización.
35
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
En general los procesos de humifi cación y meteorización suceden simultá-
neamente en el suelo e interactúan mutuamente, y se forman asociaciones entre
el humus y las arcillas. La cantidad y calidad de éstas varía según los componen-
tes orgánicos y minerales, al igual que las condiciones del clima del suelo. Así, es
razonable pensar que la verdadera humifi cación, sucede en el interior del suelo
y está controlada por procesos físicos, químicos y biológicos mediados por los
factores formadores del suelo.
El proceso de humifi cación no es completamente entendido, pero se está
de acuerdo en que sucede en cuatro etapas mediadas enteramente por el clima,
el relieve, la biota y el material parental, el cual incluye los minerales primarios y
los restos vegetales, que interactúan un tiempo determinado. Estas etapas son:
1) Descomposición de los constituyentes de la biomasa, incluyendo la lignina, en
compuestos orgánicos simples; 2) Metabolismo microbial de estos compuestos
simples; 3) Ciclo de C, N, H y O entre la materia orgánica y la biomasa micro-
bial; y 4) Un proceso de polimerización y resíntesis de las sustancias orgánicas
presentes en el suelo, que da lugar a un producto resistente al posterior ata-
que microbial. Los principales compuestos involucrados en las etapas 3 y 4 se
cree que son polímeros fenólicos, derivados de las etapas 1 y 2, los cuales son
convertidos a una clase de compuestos muy reactivos que contienen anillos de
benceno oxidados (quinonas que polimerizan rápidamente).
La mezcla de compuestos orgánicos de color negro, marrón, pardo o amari-
llo que se extrae del suelo con soluciones alcalinas, sales neutras o disolventes
orgánicos lleva el nombre de sustancias húmicas. Las propiedades químicas de
las sustancias húmicas son a menudo investigadas después del fraccionamiento
de la materia orgánica, con base en sus características de solubilidad. La materia
orgánica que ha sido solubilizada al tratar el suelo con una solución alcalina, ge-
neralmente NaOH, es separada de una parte orgánica insoluble llamada humina
y es llevada a pH 1 con un ácido fuerte. El precipitado que se forma después
de esta acidificación se llama ácido húmico y el decantado que queda soluble,
ácido fúlvico.
Generalmente se hacen repetidas extracciones alcalinas en las huminas
y ácidos húmicos para aumentar la separación. Los ácidos húmicos y fúlvicos
recuperados son sometidos a centrifugación y a resinas de intercambio para
remover partes inorgánicas y biomoléculas que pueden haber sido extraídas.
Igual procedimiento se hace a materiales como turbas y leonarditas para extraer
ácidos húmicos y fúlvicos. Cuando este procedimiento de separación por solubi-
36
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
lidad en medio alcalino se aplica a materiales compostados o a todos aquellos materiales orgánicos que no han sido sometidos a procesos pedogenéticos, valga decir la acción de los factores formadores del suelo, se extrae una fracción orgánica que se denomina humus (like-humic) para distinguirla de la sustancia húmica como tal.
1. Ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas
Como regla general hay más C y menos O en el ácido húmico que en el fúlvico. Esto lleva al ácido fúlvico a tener más grupos ácidos con mayor capaci-dad de complejación, y al ser soluble a todo pH actúa signifi cativamente en la movilidad de cationes metálicos en el suelo. El ácido húmico es de mayor peso molecular que el ácido fúlvico, lo que hace pensar que es más polimerizado y de mayor estado de humifi cación. La alta capacidad de intercambio catiónico de estos ácidos se ve refl ejada en la gran cantidad de grupos ácidos y fenólicos que tienen. Estos grupos funcionales se disocian en un rango de pH entre 5 y 7, valores comunes en el suelo, por lo que siempre le aportarán al suelo cargas negativas. La composición química promedio de los ácidos húmico y fúlvico de los suelos se resume en el Cuadro 1.
En el grupo de ácidos húmicos están englobados los compuestos que se extraen del suelo con NaOH, KOH, NH4OH, NaHCO3, Na4P2O7, NaF, oxalato sódico, urea u otros, solos o en mezcla de ellos. Y al acidifi car lo extraído con ácidos minerales, HCl, H2SO4, se precipitan de la solución obtenida en forma de un gel oscuro. Investigadores del siglo XIX como Sprengel, Berzelius, Mulder (Kononova, 1966) separaron los distintos compuestos que conforman este gel y resultó que su composición elemental y propiedades eran muy similares. Se-gún las ideas de la química clásica de aquel tiempo, se consideraba que estas diferencias caracterizaban la naturaleza individual de los componentes del gel. Así surgieron los nombres de ácidos húmicos, úlmico, músico, fumínico y otros.
Ácido C H N S O -COOH OH-Fenol(g kg-1 ) (mol kg-1)
Cuadro 1. Composición química promedia de los ácidos húmico y fúlvi-co (Stevenson, 1982; Sposito, 1989).
37
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Con las posteriores investigaciones se puso en claro que los geles extraídos
de los distintos suelos, turbas, restos vegetales en descomposición, a pesar de
toda su diversidad, conservan principios de estructura química muy semejante,
pero esencialmente distinta a cualquier sustancia vegetal o animal que les dio
origen.
Los ácidos húmicos son ácidos orgánicos polibásicos de débil disociación
que tienen un punto equivalente en la titulación con una base en un rango de pH
entre 8 y 9. Además de los grupos ácidos carboxílicos, fenólicos y alcohólicos, los
ácidos húmicos tienen grupos metóxicos, -OCH3, que van disminuyendo de 6-8%
en ácidos húmicos “jóvenes” a valores de 1-2% en ácidos húmicos “maduros”.
Actualmente los ácidos húmicos son considerados unos polímeros, con-
formados por monómeros y estos a su vez por unidades estructurales. Estas
unidades se componen de: 1) un núcleo, 2) una cadena puente, y 3) grupos
orgánicos reactivos.
Físicamente los ácidos orgánicos son coloides esféricos, tendientes a unirse
en cadenas con agregados en forma de racimo de uva. No son compactos y
tienen una estructura blanda y esponjosa con multitud de poros internos que
les dan gran capacidad de retener agua y de reaccionar de diferentes maneras:
adsorción, complejación, intercambio iónico, etc.
Los ácidos fúlvicos comprenden todas las sustancias orgánicas de la solu-
ción ácida que queda después de precipitar los ácidos húmicos de las sustancias
húmicas. Las mismas ideas que se tenían de los ácidos húmicos se aplicaron a
los fúlvicos. Se consideraba que eran una mezcla de compuestos orgánicos de
naturaleza individual y que eran precursores del ácido húmico. De aquí salieron
los nombres de ácidos crénico y aprocrénico. Algunos autores de las primeras
décadas del siglo XX consideraban estos ácidos como una mezcla de compues-
tos de naturaleza individual. Otros los miraban como formas precursoras de los
ácidos húmicos o como producto de su descomposición. Como resultado de esta
actitud los ácidos fúlvicos siempre han recibido menor atención en su estudio
que los ácidos húmicos, situación que hoy en día se conserva.
Actualmente los ácidos fúlvicos se consideran un grupo independiente de
las sustancias húmicas, con propiedades distintas a las de los ácidos húmicos,
que quedan después de precipitar estos. Tienen los mismos grupos funcionales
de los ácidos húmicos, poseen una alta capacidad de intercambio catiónico y de
disolver minerales y pueden formar complejos con los cationes metálicos de los
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
minerales que disuelven. Por lo anterior se les asocia a los procesos de podzo-
lización.
El grupo de sustancias húmicas que no se extraen con soluciones alcalinas
del suelo se denominan huminas. Se considera que son ácidos húmicos que han
perdido la capacidad de disolverse en álcali. Esto debido a la alteración de las
propiedades químico coloidales, provocada por desecación e interacción de los
ácidos húmicos con la parte inorgánica del suelo. Si el residuo de materia orgáni-
ca que queda después de la extracción alcalina se trata con H2SO
4, HNO
3 o HF,
para romper los enlaces de las sustancias húmicas con los silicatos, se extraen
más ácidos húmicos. Estos ácidos extraídos del residuo de las huminas resultan
ser semejantes a los sacados inicialmente del suelo, lo cual ha llevado a que se
diga que las huminas representan en sí ácidos húmicos.
2. Síntesis de las sustancias húmicas en el suelo
La formación de las sustancias húmicas es uno de los aspectos menos co-
nocidos de la química del suelo, aunque continuamente se está investigando. La
investigación de la formación de las sustancias húmicas está muy asociada al ciclo
del carbón y los cambios que ocurren cuando los residuos vegetales y animales
son descompuestos en el suelo por los microorganismos. Stevenson (1982) plan-
tea que existen varias rutas de formación de las sustancias húmicas durante la
descomposición de los restos orgánicos. Estas rutas las resume la Figura 1.
Residuos vegetales
Amino
compuestos
Sustancias húmicas
Productos
descomposición
de Lignina
Lignina
modificada
Azúcares Polifenoles
Quinonas Quinonas
1 2 3 4
Transformación por microorganismos
Figura 1. Mecanismos de formación de las sustancias húmicas en el
suelo (Stevenson, 1982).
39
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
La teoría clásica –popularizada en uno de los primeros textos de sustan-
cias húmicas, escrito por Waksman (1932), citado por Stevenson (1982)– es que
las sustancias húmicas son unas ligninas modifi cadas (ruta 4). Actualmente se
acepta que otras rutas son posibles sin hacer hincapié en una en particular.
De acuerdo con la teoría de la lignina se considera que esta es incompleta-
mente utilizada por microorganismos y que los residuos llegan a ser parte de las
sustancias húmicas. La modifi cación de la lignina incluye una pérdida de grupos
metoxi (-OCH3) con la generación de o-hidroxifenoles y la oxidación de cadenas
alifáticas con la producción de grupos ácidos (-COOH), como se presenta en la
Figura 2. Se supone que las sustancias húmicas representan un sistema polime-
rizadoy los productos iniciales deberían hacer parte de la humina. Una posterior
fragmentación y oxidación debería producir ácidos húmicos primero, y después
ácidos fúlvicos.
En la ruta 3 la lignina juega un papel importante en la formación del humus,
pero en forma diferente. En este caso los aldehídos fenólicos y los ácidos libe-
rados durante el ataque microbial de la lignina sufren un ataque enzimático y
se convierten en quinonas, las cuales polimerizan en presencia o ausencia de
compuestos aminados para formar macromoléculas similares a las sustancias
húmicas.
Figura 2. Representación esquemática de la teoría de la lignina en la formación de sustancias húmicas (Stevenson, 1982).
Lignina
Ataque de microorganismos
Residuo
Ácidos húmicos
Ácidos fúlvicos
Demetilación, oxidación y condensación con compuestos de N (ej. proteínas)
Fragmentación apequeñas moléculas
Unidades estructurales de lignina
Posterior utilización por microorganismos
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Lignina
Ataque por microorganismos
Celulosa y otrassustancias diferentes
a lignina
Utilización por microorganismos
Aldehídos fenílicosy Ácidos
Utilización por microorganismos y oxidación a CO2
Polifenoles
Enzima fenoloxidaza
Quinonas
Compuestosaminados
Compuestos aminados
La ruta 2 es similar a la ruta 3, excepto en que los polímetros son sinteti-zados por los microorganismos a partir de compuestos carbonados diferentes a la lignina, por ejemplo, utilizando celulosa. Los polímetros son luego oxidados enzimáticamente a quinonas y convertidos a sustancias húmicas por la ruta 3.
La noción de que el humus se forma a partir de azúcar se remonta a los primeros días de la química del humus. De acuerdo con este concepto, los azú-cares reductores y aminoácidos formados como subproductos del metabolismo microbial sufren polimerización no enzimática para formar polímeros nitrogena-dos marrones del tipo de los que se forman durante la deshidratación de ciertos productos alimenticios.
La actual teoría de formación del humus reúne las rutas 2 y 3. El material de partida consta de compuestos orgánicos de bajo peso molecular que sufren re-acciones que los condensan y polimerizan formando así las sustancias húmicas, como se esquematiza en la Figura 3. Es necesario enfatizar que hasta ahora no se ha desarrollado una teoría que logre explicar satisfactoriamente la formación de sustancias húmicas en diversos ambientes pedológicos. Las cuatro rutas pre-sentadas en la Figura 1 pueden operar en todos los suelos, pero no en el mismo grado u orden de importancia. Las condiciones de humedad, temperatura, redox, fuentes de materia orgánica, etc. pueden infl uir en que una determinada ruta sea preferente en relación con las otras. La ruta de lignina puede operar en suelos mal drenados, en tanto la síntesis de polifenoles puede ser importante en el horizonte O, formado por una capa de hojarasca en ciertos suelos forestales.
Figura 3. Representación esquemática de la teoría del polifenol en la formación de sustancias húmicas (Stevenson, 1982).
41
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Una situación que no ha recibido sufi ciente atención es el hecho de que en
un suelo dado no todos los componentes de las sustancias húmicas se pueden
formar por el mismo mecanismo. Los ácidos húmicos, por ejemplo, se pueden
formar de los polifenoles de las plantas o microorganismos, en tanto los áci-
dos fúlvicos pueden tener como precursores los productos de condensación de
azúcares y aminas, algunas veces llamadas reacciones de Maillard. Una mayor
difi cultad se tiene del efecto del ambiente en la formación de determinado tipo de
humus y cuando diferentes tipos de materiales llegan al suelo.
En ambientes aeróbicos la lignina puede fraccionarse en compuestos de bajo
peso molecular, previo a la síntesis del humus. Se sabe que el oxígeno se re-
quiere para la despolimerización microbial de la lignina; además, los hongos que
degradan la lignina no se encuentran en ambientes excesivamente húmedos. De
acuerdo con lo anterior se puede pensar que la lignina modifi cada hace la mayor
contribución a la formación del humus en los suelos pobremente drenados, turbe-
ras y sedimentos lacustres.
La teoría propuesta inicialmente por Waksman (1932) es considerada ob-
soleta por muchos investigadores (Stevenson, 1982; Kononova, 1966; Kumada,
1987). Según los conceptos actuales, las quinonas originadas de la lignina, en
conjunto con aquellas sustancias sintetizadas por los microorganismos, son las
unidades que hacen parte de las sustancias que incrementan su complejidad y
llegan a formar las sustancias húmicas que deberían seguir el siguiente orden:
ácidos fúlvicos → ácidos húmicos → humina.
Stevenson (1982) considera la formación de sustancias húmicas en el suelo
como un juego de cartas al azar, en el cual cada unidad estructural representa
una carta de la baraja y una mano dada es igual a la combinación de unidades
Figura 4. Unidades estructurales producto del proceso de descomposi-
ción, de las cuales se pueden formar moléculas húmicas en un proceso
de humifi cación.
42
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estructurales para formar una molécula de humus. La secuencia de cuatro uni-dades estructurales se representan como cartas de una “mano de juego” en la Figura 4 y su combinación produce un núcleo estructural como el de la Figura 5.
Figura 5. Unidad estructural hipotética para un ácido húmico obtenido por combinación de las cuatro unidades básicas mostradas en la Figura 4.
En la Figura 5 se observa cómo la “mano de unidades estructurales” se ha unido para formar una parte del ácido húmico, en unas condiciones pedogené-ticas dadas.
El número de unidades estructurales que pueden existir en el suelo es muy grande y las formas como se pueden combinar son astronómicas, lo que lleva a pensar la naturaleza tan heterogénea de las sustancias húmicas en un suelo dado.
3. Efecto de las sustancias húmicas en el suelo
La formación del suelo se debe, en gran medida, a la acción de las sustan-cias orgánicas sobre el material parental. Dokuchaev, considerado el fundador de la Ciencia del Suelo, defi ne el suelo como un cuerpo natural que se forma por la interacción de una serie de factores, entre los cuales están los organismos (vegetación y macro y microorganismos). Él considera al humus una parte fun-damental del suelo, con una inmensa importancia en los procesos de formación y en la fertilidad, y su presencia es el síntoma cualitativo que distingue el suelo del saprolito. La anisotropía vertical del perfi l del suelo es el resultado de la al-teración del material parental y la distribución de materiales. Se forman así los horizontes A, B y C. La presencia del horizonte A es evidente por la coloración oscura que le imparten las sustancias húmicas.
La sola meteorización no es sufi ciente para la formación del suelo. Es ne-cesaria la formación de estructura (Kay y Angers, 2000). La formación de agre-gados como producto de la estructuración del suelo es un fenómeno netamente pedogenético. La estructura del suelo es responsable de los fl ujos de aire y agua
43
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
dentro de él y de la retención de humedad necesaria para los procesos vitales
que se dan dentro del suelo; de aquí su importancia en la fertilidad. Los coloides
orgánicos juegan un papel primordial en la formación de la estructura porosa,
que es el agregado, al enlazar las partículas sólidas, arcilla, limo y arena en una
sola unidad.
En asocio con la fracción arcilla el humus tiene una extrema infl uencia en
las propiedades químicas, físicas y biorgánicas de los suelos. Entre las funcio-
nes que se le atribuyen están: 1) Mantenimiento de una buena distribución de
tamaños de poros que determinan un buen balance entre retención de agua y
aireación; 2) Retención de nutrientes intercambiables y complejados; 3) Libera-
ción por mineralización de iones de nitrógeno, fósforo y azufre; y 4) Adsorción de
pesticidas, lo cual impide su llegada a cuerpos de agua.
4. Reacciones de la materia orgánica con iones metálicos en el
suelo
La presencia de los cationes metálicos en el suelo está asociada a las reac-
ciones de complejación con la materia orgánica. Mientras que los cationes moni y
divalentes, Na, K, Ca y Mg interactúan con esta mediante reacciones de intercam-
bio con los grupos carboxílicos ácidos (-COO-Na, 2R-COOCa). Los cationes Cu+2,
Zn+2, Mn+2, Fe+3 y otros son ácidos de Lewis con un alto potencial de reaccionar las
moléculas orgánicas o bases de Lewis.
Figura 6. Diagrama esquemático de las reacciones de la materia orgá-
nica con cationes metálicos (M+n) con algunos agentes quelatanes (Q)
formados en el suelo, provenientes de la materia orgánica.
Rocas y minerales
M+n M-Q
Plantas
M-Q
Complejos
insolubles Meteorización
(Q)-Quclato
Microorganismos
Lavado
Solución del suelo
Mx
Adsorción por arcillas,
precipitados insolubles
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Un esquema de las reacciones que puede tener la materia orgánica con los
elementos trazas en el suelo se presenta en la Figura 6.
Los elementos trazas (M+n) presentes en la solución del suelo, como quela-
tos o complejos solubles (M-Q), son fuentes de nutrientes para las plantas y los
microorganismos del suelo. Igualmente, pueden salir del suelo por lavado, única
vía posible para estos cationes. La mayoría de ellos precipitan como óxidos o
hidróxidos una vez liberados de los minerales primarios, y no son disponibles
para las plantas ni para los microorganismos. De la misma forma, los cationes
metálicos pueden ser inmovilizados por formas sólidas de la materia orgánica.
Las cantidades de elementos traza en la solución del suelo son muy pequeñas
comparadas con las presentes en forma precipitada en las arcillas, óxidos, hi-
dróxidos y humus. Sin embargo, desde el punto de vista de nutrición de plantas
y génesis de suelo tienen gran importancia.
5. Propiedades de los complejos
Un catión metálico en solución está rodeado de moléculas de agua forman-
do un complejo de solvatación o ion libre, y según la teoría ácido base de Lewis
es un ácido.
Un ácido Lewis (A) es un átomo, molécula o ion que tiene un orbital vacante,
no utilizado en un enlace covalente, por lo que puede aceptar un par de electro-
nes (Pearson, 1963). Una base Lewis (:B) es aquella sustancia igual, molécula
o ion, que puede ceder un par de electrones. De esta forma, Lewis propuso una
defi nición más generalizada de un ácido, en el sentido que no se le atribuye la
acidez a un elemento en particular, sino a un arreglo electrónico que tiene la ca-
pacidad, en un orbital desocupado, de aceptar un par de electrones. La reacción
típica ácido-base de Lewis se puede representar así:
A + :B ↔ A:B
Las especies A:B pueden ser llamadas complejos de coordinación, aducto
o complejo ácido base. Las especies A son llamadas ácido de Lewis para no
confundirlas con ácido de Bronsted y Lowry. La base Lewis :B, es idéntica a la
base de Bronsted y Lowry. En la reacción siguiente
Fe+3 + NH3 ↔ Fe(NH
3)+3
el Fe+3 es un ácido de Lewis y el NH3 es una base y forman el complejo
Fe(NH3)+3.
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Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Ejemplos de ligandos en la materia orgánica del suelo con pares de electro-nes libres para formar enlaces covalentes con los cationes están representados por las estructuras químicas I, II , III y IV.
El orden de decrecimiento de afi nidad de ligandos orgánicos con los catio-nes es el siguiente:
De acuerdo con terminología de Pearson (1963), los ácidos y bases Lewis se pueden clasifi car en una escala de fuertes a débiles. Las bases débiles, también llamadas ligandos, son moléculas grandes fácilmente polarizables, y pueden ceder sus electrones para formar enlaces covalentes. Selectivamente se unen a ácidos Lewis débiles, que generalmente son iones metálicos de radio iónico grande y baja carga. Las bases fuertes tienden a ser moléculas pequeñas, no son fácilmente polarizables, forman pocos enlaces covalentes y más enlaces iónicos y se unen a ácidos Lewis fuertes, los cuales son iones metálicos de radio iónico pequeño y alta carga. En resumen, los ácidos fuertes se unen preferible-mente a las bases fuertes y los ácidos débiles se unen con las bases débiles. Una lista de ácidos y bases se presenta en el Cuadro 2. De esta lista se puede observar que el Fe+3, un ácido fuerte, tiende a unirse con una base fuerte, como fosfatos, carboxilatos, sulfatos, pero no se une fácilmente con bases débiles, como sulfuros o aminas aromáticas. El Fe+2 es un ácido débil que se une fácil-mente con bases débiles, como los sulfuros, para formar pirita.
Cuadro 2. Clasifi cación de los ácidos y bases de Lewis de acuerdo al concepto de Pearson (1963).
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Muchos de los cationes metálicos pueden aceptar más de un ligando y defi -
nir de esta forma el número de coordinación. En la Figura 7 se presenta al catión
de cobre, Cu+2, formando dos tipos de complejos con aminoácidos.
De una forma general, el papel de los organismos y de la materia orgánica
en el proceso de formación del suelo se puede resumir de la manera siguiente:
las plantas, principalmente, aportan materia orgánica al suelo en forma de hojas,
tallos, raíces, etc. Aunque gran parte de la materia orgánica se descompone por
los organismos del suelo, una pequeña parte es humifi cada y permanece en él.
La descomposición y humifi cación varía según el tipo de residuo vegetal que
llega al suelo, del tipo de suelo, y en general de los demás factores formadores
de suelo, principalmente del clima.
Varios organismos toman parte en la descomposición de la materia orgáni-
ca; entre ellos están las lombrices, hormigas, arañas, termitas, etc. Igualmente,
microorganismos como hongos, bacterias y actinomicetos (Paul, 2000). Sus
actividades varían con las condiciones del suelo. Los organismos del suelo y
sus metabolitos son también descompuestos y humifi cados. Algunos tipos de
materia orgánica sintetizadas por los microorganismos y algunas sustancias de
las plantas de difícil descomposición por los microorganismos son incorporados
al humus.
Aunque los microorganismos están en el último eslabón de la cadena de
descomposición en el suelo, el papel de los animales no se puede ignorar. Por
ejemplo, la descomposición y la humifi cación se pueden retardar en el suelo
Figura 7. Esquema idealizado del desarrollo del suelo con relación a
la formación de horizontes en el tiempo. Los horizontes O y C son los
materiales parentales del suelo (Jenny, 1941; Kumada, 1987)
47
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
si los restos vegetales no son previamente fragmentados y mezclados por los
animales.
Kumada (1987) utiliza conjuntamente los términos descomposición y humi-
fi cación, sin diferenciarlos, e ignora si la humifi cación incluye la descomposición.
Lo que sí considera cierto es que los dos suceden simultáneamente y que la
descomposición es un proceso vital, según las leyes de la bioquímica. Kumada
(1987) supone que la humifi cación es un proceso no gobernado por la vida; es un
proceso abiótico en el cual no actúan las leyes de la bioquímica.
Los cambios que sufren los restos orgánicos del horizonte O de los suelos
son procesos típicos de descomposición y humifi cación. En el sistema de clasi-
fi cación de Soil Survey Staf (1992, 1996) los restos orgánicos acumulados en el
horizonte O de la superfi cie del suelo son identifi cados con las letras subíndices
i, e. La capa e está formada por fragmentos de hoja, tallos y restos orgánicos que
han caído recientemente, los cuales conservan su composición y forma original.
La capa i es de color marrón oscura a negra, de material amorfo formando una
capa de humus.
La tasa de transformación de la capa e en la capa i es diferente para cada
sitio y controlada por la humedad del aire cerca al suelo, por el clima y los de-
más factores formadores del suelo. Los productos de la humifi cación se van in-
corporando al material inorgánico del suelo y llegan a formar conjuntamente el
horizonte A. Duchaufour (1987) y Kumada (1987) hacen una mayor subdivisión
al horizonte O.
Bibliografía
Duchaufour (1987) Stevenson, F. J. 1982 ‘Humus Chemistry: Genesis, Composi-
tion, Reactions, 2nd edn., Wiley, New York, 1994.
Kononova, 1966
Kumada, 1987
Sposito, 1989
Kay y Angers, 2000.
Pearson, 1963
Paul, 2000
Soil Survey Staf (1992, 1996)
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Necesidades nutricionales de la caña de azúcar
Extracción de nutrimentos mayores y menoresFernando Muñoz Arboleda*
La caña de azúcar es una gramínea con una alta producción de biomasa,
que requiere, a su vez, una alta extracción de nutrimentos del suelo. El K es el
elemento mayor que la caña extrae del suelo en más cantidad, seguido en su
orden por N, Ca, Mg, P y S. Los elementos menores son extraídos en el siguiente
orden de mayor a menor: Fe, Zn, Mn, B y Cu.
La variabilidad genética de la caña de azúcar conlleva una alta variabilidad
fi siológica; por lo tanto se debe hacer manejo específi co de la fertilización para
cada variedad, lo que debe tenerse en cuenta al implementar planes de agri-
cultura específi ca por sitio, o agricultura de precisión. La evidencia de esta gran
variabilidad se observó al tomar una muestra de diez variedades del banco de
germoplasma de Cenicaña y medir la concentración de nitratos y potasio en su
savia a los cinco meses de edad (Figura 1). Todas las variedades muestreadas
fueron sembradas simultáneamente, con el mismo manejo agronómico y en sue-
lo relativamente homogéneo; sin embargo, las diferencias en la concentración de
potasio y nitrato nos demuestran la gran variabilidad fi siológica inherente a las
variedades de caña.
Adicional a las diferencias fi siológicas de las variedades se presenta una gran
variabilidad en las condiciones edáfi cas y climáticas de la zona productora de caña
de azúcar. Es así como se han defi nido 149 zonas agroecológicas. El manejo nu-
tricional de las diferentes variedades en una alta variabilidad de ambientes exige
un profundo conocimiento de los procesos involucrados en la disponibilidad de los
nutrimentos esenciales para lograr una óptima productividad. Hasta el momento
el manejo de la fertilización en la zona productora de caña se ha hecho en la gran
* Ingeniero Agrónomo, Ph.D. Edafólogo de Cenicaña PhD,
49
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
mayoría de los casos con planes de fertilización que consideran la misma dosis
de fertilizantes para grandes áreas, y en algunos casos para la totalidad del área
de un ingenio. Esto desde el punto de vista operacional es lo ideal, pero se pier-
de mucha efi ciencia en el uso de los fertilizantes porque algunos sitios quedarán
sobredosifi cados y otros subdosifi cados, lo que resulta en pérdida de fertilizante
en los sitios sobreaplicados y pérdida de producción en los sitios subaplicados. El
objetivo de la agricultura de precisión es lograr aproximarse al máximo a la dosis
adecuada a las condiciones edáfi cas y climáticas de cada sitio.
Las plantas, a través de su sistema radicular, modifi can las condiciones del
suelo para adaptarlas a sus necesidades, y esa adaptación genera condiciones
químicas, físicas y biológicas diferentes a las del suelo que las rodea. En algunos
casos pueden darse cambios de hasta dos unidades de pH por debajo del que
medimos en una muestra de suelo (Tinker y Nye, 2000). Esta situación genera
cambios en la solubilidad y disponibilidad de los nutrimentos en la rizosfera. La
raíz de las plantas es un órgano que ha evolucionado para adaptarse a las con-
diciones edáfi cas presentes inicialmente en su centro de origen. Es así como
han desarrollado características como los pelos absorbentes, que incrementan
el área de absorción y adicionalmente le sirven de anclaje para vencer la resis-
tencia del suelo a la penetración de la raíz. Adicionalmente, en el meristemo de
crecimiento se producen sustancias como los llamados mucigel y/o mucílagos,
que tienen funciones como actuar como lubricante para disminuir la fricción, ser-
vir de interfase entre las partículas del suelo y la raíz, mantener el contacto entre
la raíz y las partículas del suelo y servir de sustrato para microorganismos que
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
5 0 0
5 5 0
6 0 0
6 5 0
7 0 0
CC 92-2198
CC 92-2154
CC 91-1880
CC 87-505
CC 85-92
CC 84-56
RD 75-11
PR 61-632
CO 421
POJ 2878
Nitra
to (
ppm
)
3 0 0 0
3 5 0 0
4 0 0 0
4 5 0 0
5 0 0 0
5 5 0 0
6 0 0 0
6 5 0 0
Pota
sio
(ppm
)
Ni tr a to Po ta sio
Figura 1. Concentración de nitrato y potasio en la savia extraída de las
yaguas de 10 variedades de caña de azúcar del banco de germoplasma
de Cenicaña.
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Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
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colonizan la rizosfera y aportan benefi cios como solubilización de nutrimentos y
fi jación de N.
La rizosfera es la interfase entre la planta y el suelo, colonizada por una gran
diversidad de organismos heterótrofos que dependen de sustratos exógenos para
satisfacer sus necesidades de energía y nutrimentos para crecer y desarrollarse.
La rizosfera con su gran variedad de recursos es, por lo tanto, un ambiente propi-
cio en el cual muchos organismos pueden establecer simbiosis mutualistas con
la planta hospedera (Hartmann et al., 2009). Producto de esa relación las plantas
han evolucionado para secretar sustancias específi cas capaces de seleccionar
los habitantes de la rizosfera. Por esta razón en sistemas de producción agrícola
no es sufi ciente inocular cualquier clase de microorganismos y esperar que ellos
colonicen la rizosfera del cultivo, ya que la colonización exitosa dependerá de la
compatibilidad de los requerimientos fi sico-químicos del microorganismo y las
condiciones imperantes en la rizosfera.
Bibliografía
Hartmann, A. Schmid, M. , van Tuinen, D.M. y Berg, G. (2009). Plant driven selec-
tion of microbes. Plant Soil 321:235–257.
Tinker, P.B., y Nye, P.H. 2000. Solute movement in the rhizosphere. Oxford Uni-
versity Press. New York. 444 p.
51
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Los fertilizantes de síntesis químicaFernando Muñoz Arboleda*
Los fertilizantes fueron desarrollados por el hombre para complementar o
reforzar los nutrimentos contenidos en el suelo cuando éstos se encuentran en
baja concentración o no están disponibles para ser usados por las plantas. Sin
embargo, no es sufi ciente solamente aplicar los fertilizantes, ya que el suelo
y las plantas son dos sistemas que compiten por los nutrimentos aplicados.
Esta competencia es la principal causa del por qué solo una proporción de los
nutrimentos aplicados en forma de fertilizantes minerales son absorbidos por
las plantas de cultivos en crecimiento (Trenkel, 1997). Para estimar la efi ciencia
de la recuperación y uso de los nutrimentos se han defi nido conceptos como
Efi ciencia de Uso de Nutrimento (EUN), traducción del inglés (Nutrient Use
Effi ciency (NUE). En general, se defi ne EUN la comparación de la cantidad de
nutrimentos tomados del suelo por las plantas en cierto tiempo, comparado con
la cantidad de nutrimento disponible en el suelo o aplicado como fertilizante
(Trenkel, 1997).
El nitrógeno (N) es el nutrimento que con más frecuencia es defi ciente en la
producción de cultivos. Por eso la mayoría de cultivos no-leguminosos requieren
de aplicación de fertilizantes nitrogenados. Además de la fertilización nitroge-
nada inorgánica (urea sintética, nitrato de amonio, nitrato de potasio, sulfato de
amonio, UAN), las fuentes nitrogenadas orgánicas (estiércoles, residuos orgáni-
cos, fi jación biológica de N por plantas leguminosas y organismos fi jadores de
N no-simbióticos) pueden suministrar sufi ciente N a los cultivos para una óptima
producción (Havlin et al., 1999). El comportamiento del N en el suelo es altamen-
te complejo, ya que es afectado por procesos químicos, físicos y biológicos. De
* Ingeniero Agrónomo, Ph.D. Edafólogo de Cenicaña PhD
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
aquí la importancia de entender su comportamiento dinámico para maximizar
la productividad agrícola y reducir su impacto al medio ambiente (Havlin et al.,
1999).
Dada la gran complejidad del N en el suelo y a que la urea es la principal
fuente de N usada en el mundo, las pérdidas por volatilización después de la
fase de hidrólisis y por lixiviación luego de la nitrifi cación del amonio se usan
inhibidores de la ureasa e inhibidores de la nitrifi cación para retardar la hidrólisis
y la nitrifi cación, respectivamente. La ureasa es una enzima exógena que se
encuentra en el suelo y es producida por muchos grupos de microorganismos.
La hidrólisis de la urea procede rápidamente en suelos cálidos y húmedos en los
que la mayoría de la urea es transformada a NH4+ en pocos días. La actividad de
la ureasa es mayor en la rizosfera de las plantas, donde la gestión microbial es
alta (Havlin, 1999). Los inhibidores de la ureasa son componentes que retardan
la hidrólisis enzimática de la urea por un cierto periodo; así evitan la volatilización
en forma de amoniaco y retardan el proceso de nitrifi cación. Los inhibidores de
la nitrifi cación son sustancias químicas que aplazan la oxidación bacterial del ión
amonio (NH4+) con lo cual retardan por cierto tiempo la actividad de las bacterias
Nitrosomonas, encargadas de la tranformación de NH4
+ a nitrito (NO2), lo cual
resulta en demora de la nitrifi cación (Trenkel, 1997).
Se han reportado cerca de 16 inhibidores de la ureasa, pero solamente uno
ha ganado importancia comercial: NBTPT (o NBPT): N-(butyl) thiophosphoric tria-
mide, conocido con el nombre comercial de Agrotain®. Hay alrededor de 30 pro-
ductos reportados como inhibidores de la nitrifi cación, de los cuales solo tres han
ganado importancia práctica o comercial: Nitrapyrin: 2-chloro-6-(trichloromethyl)-
pyridene, registrado con el nombre comercial N-Serve®; DCD: dicyandiamide,
(CMP ha sido usado solamente en combinación con DCD); DMPP: dimethylpyra-
zole phosphate registrado comercialmente como ENTEC®. Se han reportado
benefi cios de estos productos principalmente en suelos de textura liviana, donde
la lixiviación de nitratos puede producir impacto negativo sobre la productividad
de los cultivos y contaminación de aguas subterráneas por nitratos. Aquellos
fertilizantes a los cuales se les han adicionado inhibidores de la nitrogenasa o de
la nitrifi cación se les conoce como fertilizantes estabilizados (Trenkel, 1997).
Otro recurso usado para incrementar la efi ciencia de los fertilizantes, espe-
cialmente los nitrogenados, es el recubrimiento de los gránulos del fertilizante
con materiales que retardan su dilución en el suelo. El azufre fue el material
usado como recubrimiento. Los fertilizantes con este recubrimiento son cono-
53
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
cidos como fertilizantes de liberación lenta, y según el Comité Europeo de Nor-
malización deben cumplir los siguientes criterios: a una temperatura de 25 °C
no más del 15% del nutrimento es liberado en 24 horas, no más del 75% del
nutrimento es liberado en 28 días, al menos cerca del 75% debe liberarse en el
tiempo que dice el fabricante (Trenkel, 1997). Además del azufre, se han usado
diferentes tipos de resinas como recubrimiento. La liberación de los fertilizantes a
través de estas resinas sucede a tasas muy constantes y el patrón de liberación
se puede controlar con la porosidad y el espesor del recubrimiento. Algunas de
estas resinas liberan los fertilizantes de acuerdo con el contenido de humedad y
en otras la liberación es estimulada por la temperatura. Generalmente, solo hay
liberación cuando la temperatura es superior a 25 °C, por encima de la cual las
plantas activan sus funciones fi siológicas. Esta característica es ideal para la
agricultura de las zonas templadas, donde la actividad de las plantas se minimiza
con temperaturas del suelo por debajo de los 25 °C.
En nuestro medio las dos fuentes de P más usadas son el MAP (monoam-
monium phosphate) con un contenido de N del 11-13% y de P del 48-62% como
P2O
5 y el DAP (diammonium phosphate) con un contenido de N del 18-21% y de
P del 46-53% como P2O
5. La reacción del MAP en el suelo produce un descenso
en el pH alrededor del gránulo a 3.5, en tanto el DAP lo eleva a 8.5. Esta carac-
terística ha hecho que se sugiera usar el MAP en suelos calcáreos y el DAP en
suelos ácidos, pero el bajo volumen de suelo y la corta duración de la reacción
del pH hacen que al fi nal no haya diferencias (Havlin, 1999).
La fuente de K más usada en el sector azucarero es el KCl con un contenido
de K del 60% como K2O. Después de la instalación de las destilerías de etanol,
la vinaza como subproducto de la destilación se ha convertido en un recurso
valioso como fertilizante potásico debido a su alto contenido de K, S y materia
orgánica. Los cinco ingenios que tienen destilerías están usando la vinaza para
su aplicación directa al campo y como parte del proceso del compostaje de la
cachaza que se produce en la fabricación de azúcar. Actualmente se está en
la fase de establecimiento de la normatividad para la aplicación de vinazas y
compost por parte de la CVC. La vinaza tiene un gran potencial para reemplazar
gran parte del KCl, ya que este es importado al país a un costo muy alto.
Los elementos menores son tan importantes para las plantas como lo son
los elementos mayores; la única diferencia es que son requeridos en cantidades
mínimas comparadas con el requerimiento de los elementos mayores. General-
mente se aplican en forma de sulfatos de Fe, Zn, Mn y Cu. El B se aplica como
54
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
ácido bórico, bórax o solubor. Se recomienda aplicar el Fe en forma foliar, pues
las aplicaciones al suelo no son muy efectivas. Los quelatos sintéticos de Fe son
usados ampliamente y presentan ventajas sobre los sulfatos cuando son aplica-
dos al suelo, ya que el Fe quelatado está protegido de las reacciones en el suelo
que resultan en Fe(OH)3 insoluble en suelos calcáreos. De la misma manera los
quelatos de Zn, Mn y Cu son ampliamente usados. Se recomienda aplicar el Zn
al suelo, Mn, Cu y B pueden ser aplicados al suelo o foliarmente (Havlin, 1999).
Bibliografía
Havlin, J.L., J.D. Beaton, S.L. Tisdale y W.L. Nelson. 1999. Soil fertility and fertili-
zers an introduction to nutrient management. Sixth edition. Prentice Hall.
Upper Saddle River, New Jersey. 499 p.
Trenkel, M. 1997. Improving fertilizer use effi ciency.-Controlled-release and stabi-
lized fertilizers in Agriculture. International Fertilizer Industry Association.
(IFA) Paris. 151 p.
55
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Fuentes orgánicas de nutrimentos
La cachaza
Caracterización y producciónJesús Eliécer Larrahondo Aguilar*
Introducción
Los residuos orgánicos ocupan un lugar importante desde el punto de vista
ambiental y de aprovechamiento industrial.
• Residuos domiciliarios: 30% - 65%
• Residuos agrícolas: más del 70%
El compost formado a partir de los residuos orgánicos se obtiene mediante
tecnologías de bajo costo y su producción trae benefi cios directos e indirectos
en el sector agroindustrial.
Producción general
* PhD., Químico de Cenicaña.
56
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Extracción de nutrientes en el proceso agroindustrial de la caña de
azúcar
En este cuadro se refl eja la gran importancia y potencialidad de convertir
en composta (materia orgánica) los coproductos generados en el proceso de
agroindustria cañera, sobre todo por los nutrimentos que contiene, principal-
mente bagazo, cachaza y los residuos que quedan en el campo después de la
cosecha, ya que muchas veces se considera que pueden ser contaminantes si
no se les da el tratamiento adecuado.
Principales usos de la cachaza
• Abono orgánico (compost)
• Fuente de ceras para uso industrial
Características
Componente Porcentaje del total
N P2O
5 K
2O
Azúcar 1,4 0,4 1,0
Miel 14,0 5,6 59,5
Bagazo 49,2 56,0 15,0
Cachaza 12,2 22,0 22,5
Residuos que quedan en el
campo11,3 16,0 2,0
Pérdida al Medio Ambiente 11,9 0,0 0,0
Total extraído 100,0 100,0 100,0
Humedad
(%)pH C/N
Mat.
orgánica
P
(%)
K
(%)
Ca
(%)
N
(%)
Mg
(%)
6,8 6,1 22 42 1,25 0,54 3,3 1,16 0,5
57
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Materiales y métodos para la elaboración de compost a partir de
coproductos de la caña de azúcar
Materiales
Cachaza. La cachaza o torta de los fi ltros es un residuo rico en nitrógeno,
fósforo y calcio que resulta del proceso de clarifi cación del guarapo, compuesto
principalmente por tierra y una gran cantidad de materia orgánica. La cachaza
representa de 2.8% a 4.5 % de la masa total de caña molida.
Compuestos Composición química,
base seca (%)
Proteína cruda 12-16
Cera, aceite, resina 10-14
Sacarosa y azúcares reductores 10-14
Médula de caña 18-25
Otros (tierra, cenizas, bagacillo) 23-35
Compostaje
El compostaje o composteo constituye la técnica de producir compost, y
es la descomposición bioquímica de materiales orgánicos por microorganismos
mezofílicos y termofílicos en condiciones aeróbicas que da como resultado un
producto estabilizado con elevado contenido de materia orgánica que se utiliza
para mejorar o mantener la fertilidad de los suelos agrícolas.
58
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Composición química de coproductos a compostar
CACHAZA BAGAZO
PH 5.66
% Materia orgánica 20.7
Nitrógeno 0.68% 0.05%
Fósforo 0.57% 0.20%
Potasio 0.21% 0.19%
Humedad 73.78% 51%
Celulosa 35%
Hemicelulosa 20%
Lignina 17%
59
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Presencia de oxígeno o aireación
Para que la fermentación aeróbica se produzca en las debidas condiciones
es necesario que el oxígeno llegue a toda la masa a compostar (3 - 5 %).
Temperatura
Los microorganismos obtienen la energía necesaria para su desarrollo me-
diante la oxidación del carbono presente en la masa a compostar.
Cada grupo de microorganismos necesita una temperatura óptima para su
desarrollo, y a partir de esa temperatura decrece su actividad.
Humedad
Los microorganismos requieren cierta cantidad de agua para sus activida-
des metabólicas. El óptimo es de 60% - 65% de humedad. El mínimo estaría en
30% - 40%.
60
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Fases del proceso del compostaje
1. Fase mesofílica 15 – 40 oC
Al comenzar el proceso, la masa es atacada por microorganismos mesfílicos (fundamentalmente bacterias y algunos hongos).
2. Fase termofílica 40 - 75 oC
Esta fase es necesaria para matar fi topatógenos, semillas de malezas, etc. A partir de los 40 oC comienza la actividad de los microorganismos termofílicos (hongos y bacterias) y empiezan a aparecer actinomicetos. Éstos atacan estruc-turas más complejas (almidones, pectinas, celulosas y fi nalmente ligninas).
En esta foto se aprecia el afl oramiento de los hongos y algunas bacterias que ejercen sus funciones microbiológicas en la descomposición de la materia orgánica en sustancias húmicas presentes en los materiales a compostar, duran-te la fase mesofílica.
61
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Enfriamiento de la masa
En este momento todavía no ha fi nalizado el proceso. Abunda su contenido
en lignina. Por ello se denomina compost joven.
Maduración de la masa (compost)
En esta fase se producen fenómenos de humifi cación y mineralización, y
se requiere de los siguientes parámetros para considerar a este material como
abono orgánico.
Num Parámetros Contenido
1 Relación C/N 10-20:1
2 Contenido de MO 50-60%
3 pH 6.5-7.0
4 Temperatura 25-30ºC
5 Humedad 25-35%
6 Nitrógeno 1.5-2.5
7 Fósforo 0.5-1.5
8 Potasio 1.0-2.0
Fertilización en caña de azúcar basado en el empleo de la cachaza
En esta foto se aprecia el afl oramiento de los actinomicetos que ejercen sus
funciones microbiológicas en la desintegración y desdoblamiento de los compo-
nentes lignocelulósicos, así como la producción de antibióticos para inhibir el de-
sarrollo de organismos fi topatógenos presentes en los materiales a compostar,
durante la fase termofílica.
62
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Textura y propiedades químicas de tres suelos del río Cauca.
Profundidad: 0 - 20 cm
Variable
Suelo Puerto
Tejada (Vertic
Tropaquept)
Suelo Japio
(Fluvaquentic
Humitropept)
Suelo Gal-
pón (Typic
Pellustert)
Sitio 1 2 3 4
Textura Ar Ar Ar Ar
pH 5,8 5,9 5,3 6,8
M.O. * (%) 4,3 3,4 5,2 3,1
P disponible
(ppm)0,4 0,4 22,0 14,0
Ca int. *
(cmol/kg)15,7 13,8 6,3 21,2
Mg int. (cmol/kg) 8,4 8,9 2,3 10,1
K int. (cmol/kg) 0,18 0,20 0,11 0,42
* M.O. = Materia orgánica * Int = Intercambiable
C. D.1
(t/ha)
N
(kg/ha)
P2O
5
(kg/ha)
K2O
(kg/ha)
SuelosPuerto Tejada Japio Galpón
Sitio 1 Sitio 2 Sitio 3 Sitio 4
10 50 25 25 104 cd 96 b 69 de 209
20 50 25 25 101 cd 100 ab 91 ad 208
30 50 25 25 108 ac 107 ab 105 ab 231
40 50 25 25 121 a 121 a 98 ad 190
10 75 37 37 92 de 98 b 98 ad 228
20 75 37 37 106 bc 112 ab 90 ad 212
30 75 37 37 102 ad 116 ab 104 ab 215
40 75 37 37 111 ac 112 ab 105 ab 204
10 100 0 0 98 cd 103 ab 70 de 216
20 100 0 0 100 cd 113 ab 80 be 214
30 100 0 0 105 bc 113 ab 112 a 213
40 100 0 0 109 ac 109 ab 101 ac 217
0 100 50 50 82 e 75 c 91 ad 225
100 f 50 0 0 118 ab 110 ab 102 ac 227
0 100 0 0 67 f 76 c 93 ce 211
0 0 0 0 65 f 69 c 58 e 214
Promedios 99 102 91 215
Signifi cancia < 1% < 1% < 1% ns
Coefi ciente de variación 7% 11% 17% 8%
1 / C.D. = cachaza descompuesta. F = cachaza fresca
* Sólo en este sitio se usó la CC 84-75
Producciones de caña (t/ha) de las variedades V 71-51 y CC 84-75 (plan-
tillas) obtenidas con las aplicaciones de abonos orgánicos y minerales en tres
suelos del valle del río Cauca.
63
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Cachaza fresca (t/ha) treinta días después
de la aplicación de P disponible (ppm)
Efectos de la aplicación de cachaza fresca en la producción
de caña de azúcar (CP 57 – 603, primera soca)
20
60
100
140
180
220
ton/ha
Manuelita (vertisoles - Molliso les
Providencia (In ceptisoles)
San Carlos (Vertisoles)
Pichichi
(Mollisoles - Inceptisoles)
0 100 200 300
20
60
100
140
180
220
ton/ha
ton
/ha
Manuelita (vertisoles - Molliso les
Providencia (In ceptisoles)
San Carlos (Vertisoles)
Pichichi
(Mollisoles - Inceptisoles)
0 100 200 300
64
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
16
15
14
12
10
8
TA
H
6
PJ V71-51” PJ V71-51” PJ CC84-75”
20+N 30+N 40+N 100-50-50 Tratamientos
Sustitución total del P y el K por la cachaza descompuesta en la
fertilización de la caña de azúcar en dos suelos PJ y JP (Inceptisols)
del valle del río Cauca.
16
15
14
12
10
8
TA
H
6
10+75% 20+75% 30+75% 40+75% 100-50-50
Tratamientos
Sustitución del 25% de N, P y K por la cachaza descompuesta en la
fertilización de la caña de azúcar en los suelos PJ y JP (Inceptisols)
del valle del río Cauca.
16
15
14
12
10
8
TA
H
6
10+50% 20+50% 30+50% 40+50% 100-50-50
Tratamientos
Sustitución del 50% de N, P y K por la cachaza descompuesta en la
fertilización de la caña de azúcar en dos suelos PJ y JP (Inceptisols)
del valle del río Cauca.
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MezclaPartes de
cachaza frescaPartes de carbonilla
Vinaza de 55%(kg/t de m.s.)
1 4 1 0
2 4 1 50
3 4 1 100
4 4 1 200
5 4 1 300
Mezclas de abono orgánico evaluadas
Características de cinco mezclas de cachaza, carbonilla y vinaza después de cinco semanas en compostaje. Ingenio Manuelita S.A.
Contenidos de las mezclas
VariableMezcla
1
Mezcla
2
Mezcla
3
Mezcla
4
Mezcla
5
Pro-
medio
N (%) 1.04 1.13 0.90 1.02 0.66 0.95
P (%) 0.52 0.53 0.56 0.56 0.34 0.50
K (%) 0.53 0.66 0.88 0.90 1.18 0.83
Ca (%) 2.06 1.88 1.52 2.14 1.54 1.83
Mg (%) 1.22 1.18 0.98 1.22 1.16 1.15
Fe (ppm) 24,400 24,400 28,100 25,800 34,400 27,300
Mn (ppm) 752 723 751 751 771 750
Cu (ppm) 86 93 96 92 87 91
Zn (ppm) 228 202 173 212 133 190
Base
seca (%)53 54 80 51 69 61
66
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Características del compost Manuelita - 1 después de
9 y 17 semanas de descomposición y dos volteos semanales
Características de compost según
el tiempo de descomposición
Variable 9 semanas 17 semanas
Ph 7.82 8.28
Materia orgánica (%) 17.02 17.93
C (%) 9.90 10.42
C/N 10.81 12.90
C.E. (dS/m) 6.18 7.27
Densidad (g/cc) 0.60 0.65
Humedad (%) 38.60 30.30
Variaciones de temperatura, humedad, pH y relación C/N durante el período de compostaje de cinco mezclas de cachaza y carbonilla con diferentes
dosis de vinaza y 55% de sólidos totales.
67
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
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Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Conclusiones
• Las mayores respuestas a las aplicaciones de cachaza se obtuvieron en
los suelos Puerto Tejada y Japico, caracterizados por su baja fertilidad.
• La respuesta de la caña de azúcar a las aplicaciones de cachaza depen-
de del suministro de los nutrientes del abono orgánico, especialmente en
suelos que tienen bajos o medianos contenidos de materia orgánica.
Características de cinco mezclas de cachaza, carbonilla y vinaza después
de diecisiete semanas en compostaje
Contenido de las mezclas
VariableMezcla
1
Mezcla
2
Mezcla
3
Mezcla
4
Mezcla
5
Prome-
dio
N (%) 1.00 0.96 0.60 1.08 0.60 0.85
P (%) 0.98 0.92 0.52 0.98 0.41 0.76
K (%) 0.55 0.71 0.84 0.98 1.36 0.89
Ca (%) 2.64 1.74 1.23 1.98 1.53 1.82
Mg (%) 1.02 0.67 0.66 0.78 0.99 0.82
Fe (ppm) 22,900 21,800 28,400 21,300 27,500 24,400
Mn (ppm) 689 686 817 674 702 714
Cu (ppm) 66 64 70 58 68 65
Zn (ppm) 211 200 212 314 123 212
Base seca (%) 56 63 89 59 82 70
69
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
La vinaza
Caracterización de la vinaza
Usos y aprovechamientos potenciales
Introducción
La producción de bio-etanol es de gran benefi cio e importancia económica para los países que disponen de recursos agrícolas como la caña de azúcar. Pero la vinaza como sub-producto del proceso alcoquímico plantea retos y opor-tunidades en su uso y disposición fi nal.
Defi nición
• La vinaza es el subproducto que se obtiene después de la fermentación de los azúcares y remoción del etanol vía destilación.
• El contenido de sólidos totales en la vinaza oscila entre 2-4% cuando se obtiene de los jugos de caña de azúcar y entre 5-10% cuando se utiliza miel fi nal en el proceso fermentativo.
total DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno), DQO (Demanda Química de Oxí-
geno) y Carbono Orgánico Total. Estos análisis se realizan dos veces al año.
2.2. Control y monitoreo ambiental de los suelos
En general los suelos más representativos del Valle son los mollisols, ver-
tisols e inceptisols, que ocupan más del 80% del área de esta zona plana. La
gran mayoría de los suelos son de origen aluvial. Algunos suelos de piedemonte
son de origen coluvio-aluvial. En general, predominan los suelos arcillosos y los
franco-arcillosos, y en menor proporción francos y franco arenosos, arenosos y
con gravas. Los suelos son casi neutros, con medianos contenidos de materia
orgánica, altos contenidos de P disponible, medianos contenidos de K intercam-
biable y altos contenidos de Ca y de Mg intercambiables. Con respecto al pH de
los suelos, predominan los valores entre 5,5 y 7,3; pero los suelos alcalinos se
presentan con mayor frecuencia que los ácidos.
En cuanto al seguimiento ambiental del suelo, la CVC requirió la línea base
del estado actual y el estudio detallado de suelos, con la caracterización de pro-
piedades físico-químicas según su orden. Se deberá presentar el mapa anual de
fertilidad del suelo, de acuerdo con los requerimientos de potasio, con la carac-
terización: C.I.C, MO, textura, análisis de salinidad especial, conductividad, po-
tasio, sodio, entre otros. El monitoreo se realiza en sitios de control establecidos
por la CVC, con una frecuencia de muestreo anual.
2.2.1. Aplicación de vinazas como fertilizantes en los suelos del Valle del
Cauca
Las vinazas actualmente se utilizan para la preparación de compost, con-
formado por una mezcla de vinazas, residuos de cosecha de caña de azúcar,
cachaza, cenizas, proveniente del bagazo, de tal forma que el material enrique-
cido, principalmente con el potasio de la vinaza, se utiliza como abono para su
aplicación al suelo en surcos en dosis 10 - 20 ton/ ha. La dosis de K2O se calcula
teniendo en cuenta el contenido y requerimiento de potasio del suelo y de la
planta o cultivo.
Otra alternativa para el uso en los suelos es la fertilización líquida con vinaza
mezclada con urea, como fuente de nitrógeno y potasio (vinaza 25% y 55% S.T.
más urea: 46%), en relación 3:1 y con dosis de aplicación entre 2-15 m3/ha. El
97
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
sistema utilizado de aplicación son tanques nodriza con dos a cuatro boquillas,
de una pulgada de diámetro (Figura 1). Estas formas de utilización de la vinaza
incluyen, en un comienzo, un área aproximada de 50.000 hectáreas, correspon-
dientes a los ingenios azucareros Manuelita, Providencia y Mayagüez.
Como seguimiento a la aplicación, cada ingenio envía a la CVC el plano de
aplicación de vinazas a los suelos en escala 1:20.000. En él se indican las tasas
de dosifi cación que se aplicarán en m3/ha, de acuerdo con la vulnerabilidad del
acuífero; este plano debe ir acompañado por una memoria técnica en la que se
describa el sistema de aplicación que se va a realizar, localización de los cursos
de agua, pozos de abastecimiento y la dosis de aplicación de vinaza, según el
tipo de suelo.
2.3. Uso, manejo y control del recurso hídrico
En la zona plana del valle geográfi co del río Cauca un 95% del área sembra-
da de caña de azúcar requiere riego suplementario. El cultivo de la caña necesita
durante todo su período vegetativo, que es de un año, 1800 mm de agua, que
equivalen a 18.000 m3 por hectárea, de los cuales 1.278 mm es el aporte de la
precipitación media anual multianual. Los 522 mm restantes se suplen aplicando
de tres a cuatro riegos.
La CVC realiza el balance hídrico y estima la oferta hídrica de todas las
fuentes superfi ciales y subterráneas (ríos, quebradas, zanjones y pozos profun-
dos) y la distribuye en forma de caudal asignado como porcentaje de la oferta
disponible, a través de un acto administrativo en el cual se especifi ca el tipo de
uso, nombre de predio y caudal asignado.
Figura 1. Sistema de aplicación de vinazas
98
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Los ingenios cuentan con las concesiones de agua superfi cial y subterránea
anteriores a la construcción y operación de las plantas de alcohol carburante; por
lo tanto no fue necesario para esta actividad el otorgamiento de nuevas conce-
siones de agua.
2.3.1. Monitoreo como recurso hídrico superfi cial
En aguas superfi ciales se cuenta con una red de 36 puntos para el monito-
reo de canales, quebradas y ríos (Figura 2), donde se efectúan análisis fi sicoquí-
micos, como pH, conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, salinidad, turbidez,
temperatura, COT, DBO, DQO, aniones, cationes, compuestos nitrogenados; la
frecuencia de monitoreo se hace cada seis meses (verano e invierno).
En la actualidad se cuenta con la línea base de la calidad del agua, la cual
se compara semestralmente con los monitoreos realizados. Hasta la fecha no se
han presentado variaciones signifi cativas de la calidad.
2.3.2. Control y monitoreo de aguas subterráneas
En el programa de monitoreo y seguimiento de la calidad del recurso hídrico,
enfocado principalmente a evaluar los efectos de la aplicación de las vinazas en
suelos y aguas subterráneas en el Valle del Cauca, se cumplieron las siguientes
actividades:
Figura 2. Plano de ubicación de la red de monitoreo de
aguas superfi ciales
99
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
• Estudio de vulnerabilidad a la contaminación de acuíferos: De acuer-
do con los resultados del estudio, se presenta alta vulnerabilidad en un
50% de la zona en aquellas áreas donde predominan gravas con matriz
arcillosa, arcilla grava y/o arena o sedimentos arenosos, considerados
acuíferos libres, y con profundidad del agua entre 1 m y 4 m. Estas regiones
se localizan entre los municipios de Florida y Pradera, al noreste de Palmira
y El Cerrito y al norte de Guacarí (Figura 3).
• Construcción de pozos de monitoreo: Para la red de monitoreo se
construyeron 34 pozos de monitoreo teniendo en cuenta la dirección del
fl ujo subterráneo, las zonas de vulnerabilidad de alta a moderada y las
zonas de recarga de acuíferos y pozos de abastecimiento público.
Se utilizó el sistema de perforación por percusión o rotación en seco, con
profundidades entre 5-10 m, el revestimiento con materiales como PVC y
diámetro entre 2” y 4”, el tipo de fi ltro preferiblemente de ranura continua,
con una longitud mínima de 1,50 m (Figura 4).
• Monitoreo y seguimiento de aguas subterráneas
Figura 3. Vulnerabilidad del acuífero a la contaminación
100
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
La frecuencia del muestreo y medición de niveles del agua es de dos veces
por año (verano-invierno) y el número de parámetros analíticos depende del tipo
de actividad contaminante, pero normalmente se reducen varios parámetros una
vez que se ha determinado su variación en el tiempo y la calidad de las aguas
subterráneas (Figura 5).
No se permite la aplicación de vinazas en las áreas de protección de los
pozos de abastecimiento público, defi nida como un perímetro de 50 m de radio,
medidos a partir del eje del pozo a proteger.
Figura 4. Esquema de un pozo de monitoreo
Figura 5. Toma de muestras en pozos de monitoreo
101
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
2.3.3. Manejo de aguas residuales
Durante la producción del alcohol se generan aguas residuales de fl emazas
y condensados, las cuales son manejadas mediante sistemas de tratamiento de
tipo secundario, con remociones superiores al 90% de DOO, DBO, SST. Se mo-
nitorean los siguientes parámetros: pH, TºC, DBO5, DQO, SST, grasas y aceites
y caudal. La frecuencia del monitoreo es semestral
2.3.4. Emisiones atmosféricas
Los Ingenios deben presentar la línea base de calidad del aire y un estudio
anual que determine el comportamiento de las concentraciones de los siguientes
contaminantes criterio: PM10, NOx, O3, CO, SO
2 y VOC en el área de la desti-
leria.
3. Programas de investigación
La controversia regional desatada sobre los impactos ambientales por la
generación de vinazas ha puesto en evidencia varios aspectos y preguntas que
solo pueden tener respuesta en la medida en que se hagan las evaluaciones de
los potenciales impactos ambientales.
Desde el año 2005 se viene desarrollando un estudio interinstitucional
de cooperación técnica entre CVC, Asocaña y Cenicaña, con el propósito de
realizar investigaciones en el cultivo, los suelos y las aguas subterráneas para
diferentes dosis y tasas de aplicación de vinazas y compost. Se han establecido
diez parcelas semicomerciales en los diversos tipos de suelos, donde se aplican
diferentes dosis (0,90, 180 y 270 kg/ha) en términos de K2O por ha. Este proyecto
tendrá una duración de tres años de evaluación y monitoreo. El estudio será una
herramienta técnica-ambiental para la reglamentación del uso, manejo y aplica-
ción de vinazas para el Valle del Cauca.
Con las actividades propuestas en el proyecto se esperan los siguientes
resultados:
• Metodología establecida y validada para el monitoreo de la zona no
saturada y saturada y caracterización física, química y biológica de los
suelos por la aplicación de vinazas, en virtud de las licencias ambientales
otorgadas.
• Evaluación del impacto de la aplicación de vinazas sobre las propieda-
des físico-químicas y biológicas de los suelos y de las zona no saturada
y saturada, en parcelas semicomerciales de los ingenios Providencia,
102
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Manuelita y Mayagüez, en los municipios de El Cerrito, Palmira y Can-
delaria.
• Procedimientos establecidos para el manejo adecuado y sostenible de
las aplicaciones de vinazas en el Valle del Cauca.
4. Consideraciones fi nales
Es muy importante tener en cuenta el aspecto normativo de la localización
de estas actividades productivas, el uso actual de los terrenos y la evaluación
de los impactos ambientales en toda la cadena productiva (cultivo, extracción,
producción-transformación, transporte, almacenamiento, distribución y consumo).
Desde el punto de vista ambiental se podría concluir que el éxito de los
proyectos de la producción de alcohol carburante depende principalmente del
monitoreo continuo y el seguimiento ambiental.
5. Bibliografía
CEPIS, Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.
Monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas, una evaluación de
métodos y costos. 2008.
CVC. Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca. Ingenio Providencia
Resolución D.G. No. 415- 2004, de agosto 27- 2004.
CVC. Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca. Ingenio Mayagüez.
Resolución D.G.No. 416-2004, de 27 de agosto 2004.
CVC. Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca. Ingenio Manuelita.
Resolución D G. No. 432- 2004, de septiembre de 2004
CVC. Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca. Ingenio Riopaila. Re-
solución DG. No.622 del 27 de diciembre de 2004
USEPA. 1977. Procedures manual for groundwater monitoring at solid waste
disposal facilities. U.S. Environmental Protection Agency Report EPA/530/
SW-611.
103
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Fertilización líquida de la caña de azúcar con vinureaJaime Fernando Gómez Peña
La fertilización líquida de la caña de azúcar se inició en el Valle del Cauca
en el año 2003 con las aplicaciones comerciales de solución UAN de 32% de ni-
trógeno (N) y de nitrato de amonio (22% de N). En estos trabajos los resultados
obtenidos en producción fueron altamente signifi cativos. Para ello fue necesario
diseñar los equipos con el fi n de lograr aplicaciones efi cientes e incorporadas
cerca al sistema radical de las plantas de caña de azúcar.
Fertilización líquida con vinazas concentradas
La vinurea es un fertilizante orgánico que se caracteriza por una alta con-
centración de sólidos, materia orgánica, nitrógeno, potasio, azufre y elementos
menores, con alta actividad micro-biológica que favorece el incremento de los
contenidos de materia orgánica y el mejoramiento de las propiedades físicas
(permeabilidad y estabilidad de los agregados) de los suelos.
En las plantas productoras de vinurea en Brasil y Australia se preparan so-
luciones fertilizantes que contienen vinaza, urea, fosfatos y azufre, tomando como
base el contenido de potasio. Un suelo con altos contenidos de potasio requiere
una aplicación de 60 kg/ha de este nutrimento, que se obtienen con una mezcla de
1300 kg de vinaza concentrada más 350 kg de urea (160 kg de N) (Cuadro 1).
Variable Unidad Valor Dosis (kg/ha)
Materia Orgánica % 35 600
Nitrógeno % 12 160
Potasio ( K2O ) % 5 66
Azufre % 2.3 31
Boro % 0.009 13
Cinc % 0.0009 1.2
Cobre % 0.001 1.3
Hierro % 0.011 15
Brix Grados 40 - 50
Densidad g / cc 1.2
pH 4.5
Cuadro 1. Características físico químicas de la vinurea.
* Ingeniero Agrónomo, M.Sc Suelos y aguas. Asesor
104
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Uno de los mayores problemas para el manejo de la urea en soluciones es su alta volatilidad. No obstante, los estudios en laboratorio con diferentes concentraciones de urea–vinazas mostraron que en un período de 30 días las pérdidas de nitrógeno por volatilización son bajas, debido a que las vinazas con-centradas tienen características quelatantes, ligantes y encapsulantes, lo cual previene pérdidas altas de nitrógeno.
Experiencias con aplicación de vinurea
Una de las propiedades principales de la vinaza concentrada es su alto con-tenido de K2O, por lo que aplicada en dosis entre 1.000 - 1.700 kg/ha reemplaza los requerimentos de potasio de la caña de azúcar cultivada en la mayoría de los suelos del Valle del Cauca.
En un estudio de fertilidad de suelos realizado en un área de 9.300 ha se encontró que el 25% del área es baja en potasio, 50% es media y el 25% restante presenta altos contenidos de este nutrimento. De acuerdo con estos contenidos de potasio, las aplicaciones de K2O son variables entre 60 kg/ha en suelos con alto contenido y 100 kg/ha en suelos defi cientes.
Experimentalmente. Con el objeto de evaluar los efectos de la aplicación de vinurea vs urea + cloruro de potasio en la producción de caña de azúcar y en los
Tratamiento Área Zafra T.C.H T.C.H M T.A.H M
Vinurea 9.11 3 146 10.48 1.34
4 147 10.64 1.35
5 150 10.97 1.26
Promedio 148 10.67 1.32
Urea + KCl 9.67 3 137 9.83 1.32
4 146 10.54 1.42
5 156 11.3 1.44
Promedio 146 10.55 1.39
Tratamiento pH M.O % K Mg Ca
meq/100 g. suelo
Urea + KCl 7.0 2.8 0.43 9.9 19.8
Vinurea 7.1 3.0 0.42 11.0 20.8
Efecto de la aplicación de vinurea en la producción.
Zona agroecológica 6H1
Efecto de la aplicación de vinurea en las propiedades químicas del suelo zona agroecológica 6H1
105
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
cambios en las propiedades químicas de los suelos se realizó un estudio durante
un período de tres cortes en un suelo arcilloso muy fi no de la serie Galpón (zona
utilizando una dosis de 150 kg/ha de N + 60 kg/ha de K2O; y (2) vinurea: 1300 kg de
vinazas concentrada + 300 kg de urea para una dosis de 150 kg/ha de N + 60 kg/ha
de K2O.
En un promedio de tres cortes no se observaron diferencias signifi cativas en
la producción/ha de caña y azúcar debidas a las fuentes y dosis de nutrimentos
utilizados. Después de la aplicación de vinurea al suelo por un período de tres
cortes se observó un ligero aumento en los contenidos de materia orgánica; no
así en los contenidos de potasio, calcio, magnesio ni en el pH de los suelos de
la serie Galpón.
Semicomercialmente. El estudio se realizó en las suertes 23 y 33 de Santa
Anita y 16 de Hacienda. Real, localizadas en las zonas agroecológicas 11H0 y
6 H1, con el fi n de determinar los efectos de la aplicación de vinurea vs urea +
KCl en la producción de caña y de azúcar. Los tratamientos evaluados fueron
similares a los del estudio experimental anterior. Las aplicaciones se realizaron
entre los 30 y 40 días después del corte en forma mecanizada e incorporada a
15 cm de profundidad en el suelo.
Las cosechas de los tres cortes se realizaron a 13.7 meses de edad del
cultivo. En 29 ha el tratamiento testigo reprodujo en promedio 149 T.C.H y 1.38
T.A.H.M. En tanto en 32 ha el tratamiento con vinurea presentó una produc-
ción promedio de 147 T.C.H. y 1.39 T.A.H.M. Los análisis de los resultados no
mostraron diferencias signifi cativas debidas a las fuentes y dosis utilizadas y
permiten concluir que el uso adecuado de las vinazas concentradas remplaza la
aplicación de cloruro de potasio en caña de azúcar.
Equipo de aplicación. Para aplicar la vinurea se utilizan carrotanques de 30.000
litros de capacidad, tractores JD 8420 DE 280 HP y equipos de 2.500 litros. El equi-
po cuenta con una bomba HYPRO de diafragma que arroja un caudal de 160 l/min
a 540 r.p.m. con brazos descompactadores, peines, 4 boquillas de ½ pulgada de
diámetro y llaves individuales. La aplicación es mecánica e incorporada a una
profundidad de 15 cm, cerca del sistema radical de la planta.
Bibliografía
Gómez, P.J.F. 2005. Usos de las vinazas en el cultivo de la caña de azúcar en
Manuelita S.A. Grupos de transferencia de tecnología.
Gómez, P.J.F. 2008. Mejores prácticas en nutriciòn. Grupos de transferencia
de tecnología.
106
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Conferencia: Manejo, aplicación y valor
fertilizante de la vinaza para la caña
de azúcar y otros cultivosGaspar H. Korndorfer*
El empleo de la vinaza como fertilizante se convirtió en un importante fac-
tor económico, principalmente para la agroindustria del azúcar y el alcohol. Los
resultados positivos en aumento de producción de caña ampliaron su uso gene-
ralizado para la caña, planta y soca. Fueron observados aumentos tanto en la
productividad como en la longevidad de las socas (Copersucar, 1978; Orlando
FO, 1983; Silva e Gurgel, 1981). También fueron verifi cados aumentos de produc-
tividad en otros cultivos con el uso de la vinaza (Ranzani et al., 1953, Valsechi &
Gomes, 1974).
1. Efecto de la vinaza en la producción de caña de azúcar
Los efectos de la aplicación de vinaza se traducen de un modo general en
aumentos de producción (biomasa). Paralelamente, según Korndörfer (1994) y
Korndörfer (1990), ocurre una reducción de la concentración de azúcar (Tablas
1, 2, 3 y 4). Estos efectos son los principales responsables por la disminución de
la calidad de la materia prima. También la madurez de la caña sufre atraso en
función de la dosis utilizada de vinaza (Tabla 4). Como la vinaza contiene nitró-
geno y materia orgánica resulta inevitable un período vegetativo de la caña más
demorado, que infl uencia negativamente la calidad tecnológica. Dosis inferiores
a 300 de K2O kg/ha-1 interfi eren muy poco en la calidad de la materia prima
(Rossetto, 1987).
* Prof. Titular, Grupo de Investigación “Silicio en la Agricultura”, Instituto de Ciencias Agrarias, Uni-
versidad Federal de Uberlândia.
107
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Tabla 1. Efecto de la adubación y la aplicación de vinaza en la producción de caña (soca
- 2º corte)
TratamientosProducción de tallos (Biomasa)
Suelo – LRd Suelo - LVa
----------- t ha-1 ---------
Control 56,7 61,3
Adubación mineral(1) 71,8 76,0
Vinaza (80m3/ha) 79,9 78,0
Vinaza (120m3/ha) 87,9 93,7
(1) LRd = 73 kg N + 17 kg P2O5 + 93 kg K2O
LVa = 82 kg N + 21 kg P2O5 + 144 kg K2O
Fuente: Adaptado de Silva (1982).
Tabla 2. Efecto de la aplicación de dosis de vinaza en la producción de caña. Ingenio
São Manoel, variedad SP70-1143 (soqueira - 3º corte).
VinazaProducción de tallos (Biomasa)
Suelo - LVa Suelo - LR
m3/ha --------------t ha-1 --------------
0 64 108
50 68 114
100 78 118
150 78 116
Fuente: Adaptado de Penatti et al. (1988)
Tabla 3. Aumentos de producción expresados en porcentaje (producción relativa) de dos
variedades de caña de azúcar en función de la adubación mineral y con vinaza.
TratamientosProducción relativa
IAC52-326 CB49-260
-------------- % --------------
Control 100 100
Adubación mineral 123 125
Vinaza 128 136
Fuente: Adaptado de Gloria & Magro (1977).
108
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
La disminución del pol % caña es compensada en muchos casos por el
aumento de la producción de tallos (Korndörfer, 1994). En áreas donde fue uti-
lizado un exceso de vinaza (áreas de sacrifi cio) los efectos de la vinaza en los
aumentos de productividad pueden ser observados todavía después del cuarto
corte (Nunes Jr., 1987).
Tabla 4. Efecto de la adubación mineral y de la aplicación de vinaza en la producción de tallos (biomasa). Pol % caña y del tenor de cenizas en el caldo de la caña de azúcar.
- CIC = Capacidad de intercambio de cationes del suelo (obtenido por el
análisis del suelo);
- Factor 94 fue obtenido considerando 5% de la CIC y la profundidad de 40
cm del suelo;
- Coefi ciente (valor 185) fue obtenido considerándose la productividad me-
dia de un corte de soca (≅ 80 t ha-1), y una extracción media de K2O de
2,33 kg/t de caña (Primavesi, et al., 1992). Así, tenemos una extracción
de 185 de K2O kg ha-1/año.
112
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
Observación: El valor máximo del numerador NO debe sobrepasar 700.
Los tenores de K superiores a 150 ppm del suelo (0,38 meq K/100cm3 de suelo)
producen daño a la caña, con reducción de azúcar y exceso de cenizas en la
calda, por lo que éste debería ser el límite de aplicación anual. Este valor corres-
ponde a 700 kg ha-1 de K2O.
5. Otros usos para la vinaza
La vinaza, además de su utilización como fuente de nutrientes y de materia
orgánica para la producción de caña de azúcar, también puede ser usada con
otras fi nalidades:
• Producción de ladrillos (suelo + vinaza concentrada);
• Concentración hasta 60º Brix para ser usada como componente de ra-
ción animal;
• Componente sustituto de la melaza;
• Producción de proteína unicelular por la fermentación aeróbica;
• Adubación potásica de otros cultivos (soja, maní, crotalaria, etc);
• Producción de gas metano debido a la fermentación anaeróbica en biodi-
gestores.
6. Distancia económica para la aplicación de la vinaza
Debido a los costos de transporte y aplicación de la vinaza vía camión (ex-
tensión y/o rodillo) la viabilidad está entre 17 - 18 km para los suelos arenosos y
de 10 km para los suelos arcillosos (Tablas 7 y 8).
Matioli et al. (1988), al relacionar la distancia recorrida por el camión para
transportar la vinaza hasta el local de aplicación, verifi caron que las distancias
máximas económicas son reducidas (1,5 a 2,0 km) cuando no son considerados
los aumentos de producción. Cuando se consideran, las distancias máximas au-
mentan signifi cativamente.
7. Conclusiones
• La vinaza utilizada con criterio racional satisface plenamente las necesi-
dades de N, K y S, y reduce los costos con fertilizantes.
• La utilización racional de la vinaza mejora las propiedades físicas, quími-
cas y microbiológicas del suelo.
• Después de la aplicación de la vinaza es conveniente hacer una comple-
mentación con nitrógeno.
113
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
• La dosis elevada de vinaza proporciona crecimiento vegetal vigoroso, con
disminución de la madurez.
• En las áreas que reciben vinaza en la soca, además de mejorarse la
productividad agrícola, puede aumentar la vida útil del cañaveral en uno
a dos cortes adicionales.
• En la actualidad son incorporados a producción de caña suelos con baja
fertilidad debido a la utilización de la vinaza.
8 . Bibliografía
Copersucar. Efeitos da aplicação de vinhaça como fertilizante em cana de açú-
car. Boletim Técnico 6/78. Pg. 9-14. 1978.
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açúcar. In: Congr. Nacional da STAB, 2. Rio de Janeiro. 1981.
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açucareira, 4. Lindóia, 1976. Anais. São Paulo, Copersucar, 1977 p. 163-
180.
Korndorfer, G.H. O potássio e a qualidade da cana-de-açúcar. Informações Agro-
nômicas. Nº 49. Mar/1990.
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Azucar. Englewood Cliffs, NJ. n.92, v.3, p.26-35.
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Matioli, C.S.; Lazo, M.P.; Oliveira, M.A.; Guasseli, M.A. 1988. Distâncias máximas de aplicação de vinhaça com caminhões tanques. Piracicaba, Copersu-car, 1988. P. 41-51. (Boletim Técnico 41-88).
Nunes, JR. D. Efeitos da elevada deposição de vinhaça sobre variedades de cana de açúcar. Piracicaba, Copersucar, p. 38-44 (Boletim Técnico 37/87).
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115
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
Conferencia: Impacto ambiental del uso de la
vinaza en la agricultura y su infl uencia en las
características químicas y físicas del suelo
Gaspar H. Korndorfer*
La vinaza puede ser defi nida como una suspensión marrón, de naturaleza
ácida, subproducto de la fermentación del alcohol o del aguardiente, generada
a temperatura aproximada de 107 0C y de olor desagradable. También conocida
como restilo o grapa, una tonelada de caña produce aproximadamente 800 litros
de vinaza. Cuando es colectada en los alambiques de descarga, presenta un
color pardo claro y en la medida que está expuesta al aire se oxida y se oscurece.
Presenta un pH bajo (3,5-4,5) y la presencia de ácido sulfúrico libre (utilizado
para la fermentación) da propiedades corrosivas al subproducto. La composición
es muy variable, pero generalmente es rica en nitrógeno, potasio, calcio, azufre
y normalmente pobre en fósforo.
La composición química de la vinaza (Tabla 1) indica que la materia orgánica
es el principal constituyente, y entre los minerales el potasio y el calcio son los
más sobresalientes.
Debido a su gran tenor en materia orgánica y elevada fl ora microbiológica,
la vinaza presenta elevado índice de DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno),
siendo considerado un material contaminante cuando es descargado en fuentes
de agua. Sin embargo, aplicada al suelo disminuye su potencial contaminante,
debido al poder “buffer” del suelo.
* Prof. Titular, Grupo de Investigación “Silicio en la Agricultura”, Instituto de Ciencias Agrarias, Uni-
versidad Federal de Uberlândia.
116
Programa nacional de formación especializada y actualización tecnológica del talento humano
Convenio Especial de Cooperación No. 0104 de 2009, suscrito entre el Sena y Asocaña
La DBO es la cantidad de oxígeno que el agua contaminada requiere para
oxidar la materia orgánica, transformando las sustancias contaminantes en com-
puestos estables e inocuos. Por lo tanto, la vinaza que posee un DBO de 12.000
ppm a 30.000 ppm consume 12.000 mg a 30.000 mg de oxígeno para la estabi-
lización de las sustancias putrescibles.
La vinaza como agente contaminante de cursos de aguas es uno de los más
problemáticos porque:
• Contiene alta tasa reductora (altos valores de DBO) que exigue alta can-
tidad de oxígeno para oxidarse.
• Los tratamientos de residuos tradicionales no dan buen resultado en el
caso de este subproducto debido a sus características químicas
• Los volúmenes de producción son elevados; hasta trece veces superiores
a la producción de alcohol.
• Es un residuo ácido y corrosivo.
• Presenta alto riesgo de daños para la fauna acuática, debido a asfi xia por
el alto DBO. La fauna marítima evita estos locales por motivo del desove
y diezma la microfauna y microfl ora que forman parte del plancton.
• El olor desagradable altera la calidad del agua.
Tabla 1. Composición química de la vinaza
Elementos Calda mezclada
------ kg/m3------
N 0,33 - 0,48
P2O
5 0,09 - 0,61
K2O 2,10 - 3,40
CaO 0,57 - 1,46
MgO 0,33 - 0,58
SO4
1,50
Mat. Orgánica 19,1 - 45,1
------ ppm ------
Cu 2-57
Zn 3-57
pH 3-50
Relación C/N* 15
Fuente : Adaptación de Korndörfer & Anderson (1997)
117
Memorias: Seminario Internacional de Fertilización y Nutrición de la Caña de Azúcar
• Cuando se acumula en lagos y represas contribuye para el agravamiento
de enfermedades endémicas, al aumentar la población de insectos vec-
tores.
Los desastres ecológicos que podrían ser provocados por el descarte de
la vinaza en los cursos de aguas serían importantes si no fuese utilizada como
fertilizante fl uido.
Los órganos de control y fi scalización ambiental clasifi can los residuos, en
Brasil, según las normas de la ABNT (Asociación Brasileña de Normas Técnicas).
La vinaza, de acuerdo con esa normativa, es clasifi cada como no peligrosa: