Evaluación quimiométrica del material de referencia interno (MRI) de suelos agrícolas en dos municipios provinciales de La Paz

Chemometric evaluation of the internal reference material (IRM) of agricultural soils in two provincial municipalities of La Paz

 Rolando Mamani Quispe¹, Leonardo Guzmán Alegria¹, Jorge Chungara Castro², Oswaldo E. Ramos Ramos^1
1Instituto de Investigaciones Químicas (IIQ), Carrera de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias Puras y Naturales FCPN, Universidad Mayor de San Andrés UMSA, P.O. Box 303, Calle Andrés Bello s/n, Ciudad Universitaria Cota Cota, Phone +59122795878, La Paz, Bolivia, www.umsa.bo ]]> *Corresponding author: rolandoqmc1991@gmail.com
²Agencia Boliviana de Energía Nuclear ABEN, Centro de Investigación y Aplicaciones Nucleares CIAN, Calle Jaime Mendoza Nro. 987, Esq. Peñaranda, Edificio Torre Soleil (Calacoto), Phone 59122127178, fax 59122129754, http://www.aben.gob.bo/es/contacto, comunicacion@aben.gob.bo
 Received 09 05 2019   Accepted 10 25 2019  Published 10 30 2019

Resumen 

El propósito del presente trabajo es preparar, caracterizar y evaluar los parámetros fisicoquímicos de dos muestras de suelo para ser utilizadas como material de referencia interno (MRI). Las muestras fueron colectadas en Yamora (Municipio de Inquisivi) y Viacha (Municipio de Viacha), secadas a 100^oC, molidas, homogenizadas y cuarteadas. La caracterización se efectuó por volumetría, potenciometría, conductimetría, espectrofotometría UV-Visible y espectrometría de Absorción Atómica.

De acuerdo al análisis físicoquímico, el suelo de Yamora presenta una fertilidad apta para todo tipo de cultivo por presentar pH neutro, y altos contenidos en P, %N, %MO y baja CE. Mientras el suelo de Viacha presenta una baja fertilidad natural debido al pH fuertemente alcalino, altos contenidos de Na⁺ y bajos contenidos de P, %N y %MO.

Las pruebas y evaluación estadística de los materiales de referencia interno MRI A (Yamora) y MRI B (Viacha) muestran homogeneidad en todos los parámetros considerados, excepto el pH en agua. Con relación a la estabilidad, se sometió a una evaluación de estabilidad del fósforo asimilable con el tiempo y según los resultados estadísticos se demostró que la estabilidad de MRI B es alta, en cambio MRI A es levemente inestable. De acuerdo a los resultados, los materiales de referencia interno MRI A (Yamora) y MRI B (Viacha) cumplen los requisitos básicos de material de referencia interna para los tipos de suelo estudiados.

Palabras clave: Suelos agrícolas, Fertilidad natural, Homogeneidad, Repetibilidad, Estabilidad.

The purpose of the present work is to prepare, characterize and evaluate the physicochemical parameters of two soil samples to be used as internal reference material (MRI). The samples were collected in Yamora (Municipality of Inquisivi) and Viacha (Municipality of Viacha), dried at 100oC, ground, homogenized and quartered. The characterization was carried out by volumetry, potentiometry, conductimetry, UV-Visible spectrophotometry and Atomic Absorption spectrometry.

According to the physical-chemical analysis, the soil of Yamora has a fertility suitable for all types of crops because it has a neutral pH, and high contents in P, % N, % MO and low CE. While the Viacha soil has a low natural fertility due to the strongly alkaline pH, high Na + contents and low P, % N and % MO contents.

The tests and statistical evaluation of the internal reference materials MRI A (Yamora) and MRI B (Viacha) show homogeneity in all the parameters considered, except the pH in water. Regarding stability, it was subjected to an evaluation of phosphorus stability assimilable over time and according to statistical results it was shown that the stability of MRI B is high, however MRI A is slightly unstable. According to the results, the internal reference materials MRI A (Yamora) and MRI B (Viacha) meet the basic internal reference material requirements for the types of soil studied.

 Keywords: Agricultural soils, Natural fertility, Homogeneity, Repeatability, Stability.

INTRODUCCIÓN

Los análisis físicos y fisicoquímicos en suelos permiten determinar parámetros como: acidez de cambio, disponibilidad de macronutrientes (P, K, Ca y Mg), micronutrientes (Cu, Fe, Mn y Zn) y otros, como criterio de fertilidad del suelo [1,2].

El análisis de suelo no solo busca cuantificar el contenido total del elemento, sino determinar el contenido asimilable para la planta. Por tanto, el análisis depende en determinar el extractante adecuado para el tipo de suelo y cultivo, así como la calidad y fiabilidad del laboratorio en el que se realicen los análisis.

En este trabajo se prepara y evalúa dos materiales de referencia interno (MRI) realizados en el Centro de Investigación de Aplicaciones Nucleares (CIAN-Viacha) a fin de determinar si es factible su empleo como muestra de control en la evaluación de parámetros fisicoquímicos: pH en H₂O, pH en extracto de KCl, Conductividad Eléctrica (CE), Acidez de cambio, Nitrógeno Total, Materia Orgánica, Fósforo Asimilable y Cationes Intercambiables (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺). Las muestras provienen de dos lugares; la primera, del Municipio de Inquisivi, 1ra. Sección, que se encuentra situada entre las coordenadas: 66^o43’29.49’’ y 67^o17’58. 62’’ longitud Oeste, 15^o47’34.9’’ y 17^o18’20.46’’ latitud Sur y a una altura promedio de 2840 m s.n.m., el área de estudio está ubicada en la comunidad de Yamora. La segunda muestra proviene del municipio de Viacha a 32 km de la ciudad de La Paz, situada entre las coordenadas: 68º16’56’’ y 68º22’72’’ de longitud Oeste y 16^o32’39’’ y 16^o54’44’’ latitud Sur localizada en el Altiplano Norte del departamento de La Paz, con una altitud promedio de 4070 m s.n.m (Figura 1) ubicada en el Centro de Investigaciones y Aplicaciones Nucleares (CIAN).

Figura 1. Localización de los puntos de muestreo: a) comunidad de Yamora, Municipio de Inquisivi; b) Centro de Investigaciones y Aplicaciones Nucleares (CIAN-Viacha), Municipio de Viacha.

EXPERIMENTAL

Todos los reactivos empleados fueron calidad p.a., cloruro de potasio (KCl), fenolftaleína, hidróxido de sodio (NaOH), carbón activado, fluoruro de amonio (NH₄F), molibdato de amonio [(NH₄)₆Mo₇O₂₄], cloruro estannoso di-hidratado (SnCl₂ 2H₂O), fosfato monoácido de sodio (HPO₄Na₂), bicarbonato de sodio (NaHCO₃), dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), ácido sulfúrico (H₂SO₄), difenilamina [HN(C₆H₅)₂], sulfato amónico ferroso (NH₄FeSO₄), dicromato de potasio KMnO₄, hierro reducido, reactivo de selenio, peróxido de hidrógeno (H₂O₂ al 30%), indicador mixto, acetato de amonio (CH₃COONH₄) y lantano (La).

Los equipos empleados fueron: balanza analítica (Sartorius ± 0,0005), potenciómetro (ThermoScientific con electrodo calomelano), flamómetro (Digital FlameAnalyser, Gallenhamp), espectrofotómetros (UV/visible de doble haz (Helius α) con celda de cuarzo (1 cm de longitud), espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer Analyst 100), conductimétro OAKTON, agitador magnético (Edmund Buhler a una velocidad de 5 rpm, tiempo de reposo de 24 horas para la lectura de pH), software estadístico (SPSS, versión 22).

Preparación de la muestra MRI

La preparación y evaluación de MRI fue aplicada a las dos muestras de la capa arable del suelo, con las siguientes dimensiones: ancho 1 m, largo 1 m y una profundidad de 20 cm y tomando una cantidad de 15 kg de muestra de suelo; se elimina la capa superficial con vegetación. Las muestras fueron secadas a una temperatura de 100^oC por 24 horas, tamizadas con una malla de 1 mm, para el análisis de parámetros físicos y químicos y sometidos a un proceso de homogenización y resguardadas a temperatura ambiente.

Se realizó la determinación de: pH en extracto de KCl, conductividad eléctrica (CE), acidez de cambio, nitrógeno total, materia orgánica, fósforo asimilable y cationes intercambiables (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺). Los resultados fueron tratados estadísticamente para verificar la homogeneidad de las muestras.

Determinación de acidez, alcalinidad y conductividad eléctrica

La medida de acidez o alcalinidad del suelo (pH) y conductividad fue determinada en extractos de suelo/agua y suelo/solución de KCl en una relación 1/5 (masa/volumen) utilizando un potenciómetro, y la conductividad eléctrica (CE) utilizando un conductímetro [5].

Acidez de cambio (H-Al):

Para medir la acidez de suelos, se usa una solución de una sal, no amortiguada, como el cloruro de potasio (KCl).

Determinación de fósforo asimilable:

La determinación de fósforo asimilable se realizó con dos métodos de acuerdo al tipo de suelo (ácido o básico). Para suelos ácidos se utilizó el método Bray y Kurtz, en cambio para suelos básicos se utilizó el método de Olsen [7,8].

Determinación de materia orgánica por el método de Walkley y Black:

El contenido de carbón orgánico (CO) fue determinado por el método de oxidación con dicromato de potasio [9].

El método consiste en la transformación del nitrógeno de las sustancias nitrogenadas por ebullición con H₂SO₄ conc. [10].

Determinación de Cationes intercambiables (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺):

El método se basa en el desplazamiento de los cationes de calcio y magnesio mediante la solución de acetato de amonio (CH₃COONH₄) 1 N. En el filtrado también se determinó Na⁺, K⁺ intercambiable [7] .

Prueba de homogeneidad y estabilidad:

Para la prueba de homogeneidad se tomaron dos muestras del cuarteo y se analizó cada parámetro con cinco repeticiones, los datos fueron evaluados mediante el análisis de varianza (ANOVA) para observar diferencias u homogeneidad. La estabilidad se hizo por evaluación de fósforo asimilable con el tiempo en cuatro muestras, el análisis de datos se hizo a través del análisis de varianza de la regresión lineal.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Los valores de los parámetros determinados (Tabla 1) en el suelo de la comunidad de Yamora presenta: un pH neutro, pH en extracto de KCl moderadamente ácido, la CE indica un suelo no salino. El valor de acidez de cambio en los suelos de Yamora es 0,0341 mg H-Al/100 g, el contenido de MO de 3,32% lo clasifica en la categoría de contenidos moderados. El contenido de N es 0,31% y pertenece a la categoría muy alto. El contenido de Na⁺ de 0,13 meq Na/100 g, indica bajo contenido, por el contenido de K⁺ pertenece a la categoría moderado. El contenido de Ca²⁺ presenta 17,80 meq Ca²⁺/100 g y pertenece a la categoría alto. El contenido promedio de Mg²⁺ de 2,56 meq Mg²⁺/100 g y pertenece a la categoría moderado [11]. El valor del contenido de P asimilable es de 258,66 mg P/kg, que lo ubica en la categoría muy alto según la clasificación de Villarroel [11] .

De acuerdo a los valores de los parámetros, el suelo de la comunidad Yamora puede clasificarse como apto para todo tipo de agricultura.

Por los altos contenidos de Na⁺, K⁺ y bajos contenidos en MO y N este suelo se clasifica como un suelo salino apto solo para determinados cultivos.

Prueba de homogeneidad

Aunque la homogeneidad entre las muestras puede ser evaluadas a través de la prueba t de Student, se ha preferido hacerlo a través del análisis de varianza. En la tabla 3 se presentan los valores de significancia obtenidos para los parámetros fisicoquímicos entre muestras 1 y 2 dentro de cada material de referencia interna.

Las muestras MRI A (Yamora) y MRI B (Viacha) son homogéneas con respecto a los parámetros fisicoquímicos: pH en KCl, CE, %MO, %N, cationes de cambio (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) y P asimilable, pero no es homogénea respecto al pH en agua. Según la evaluación estadística y ANOVA se verifica que las muestras y los resultados obtenidos garantizan que MRI A y MRI B son muestras homogéneas, dado que todos los parámetros cumplen con el criterio excepto por el parámetro pH en agua de las muestras de Yamora (Inquisivi).

Tabla 1. Resultados de las muestras de comunidad Yamora- provincia Inquisivi para caracterización y prueba de homogeneidad

Estabilidad del Material de Referencia Interno (MRI)

En los dos materiales de referencia interna se realizó, durante tres meses en intervalos de tiempo, la determinación de fósforo asimilable siguiendo el método de Olsen y Bray-Kruzt. La prueba estadística para determinar la estabilidad del fósforo asimilable fue por regresión lineal, debido a que el ANOVA de esta prueba considera una hipótesis nula y alterna sobre la pendiente de la relación del contenido de fósforo con el tiempo, y así a través de su significancia establecer la estabilidad de las muestras, prueba con un nivel de significancia de a = 0,05.

Tabla 2. Resultados de las muestras de Viacha, para caracterización y prueba de homogeneidad

Criterio de evaluación:        Si la Sig. > 0,05 las muestras son homogéneas respecto al parámetro de estudio.
Si Sig. < 0,05 las muestras no son homogéneas respecto al parámetro de estudio.

La tabla 4, correspondiente al ANOVA, muestra una significancia de 0,000 para el MRI A, indicando así que existe una relación entre el contenido de P asimilable y el tiempo, dicho de otra forma, el MRI A Yamora no es estable en el tiempo. Para el MRI B Viacha la significancia es de 0,526 indicando que no existe relación entre el contenido de P asimilable con el tiempo; esto es, el MRI B es estable en el tiempo (Figura 2).

Tabla 4. Análisis de estabilidad del P asimilable mediante regresión lineal

a)      Parámetros de la regresión lineal para el material de referencia interna MRI-A Yamora

b)     Parámetros de la regresión lineal para el material de referencia interno MRI-B Viacha

Figura 2. Estabilidad de P asimilable en el tiempo (color azul, MRI A; color naranja MRI B)

CONCLUSIONES

A partir de los resultados obtenidos de los análisis de las muestras de la capa superficial de suelos se concluye que:

El MRI A (suelo de la comunidad de Yamora) presenta una textura franco arcillosa; pH_H2O (valor promedio; 6,8); pH_KCl (5,7); CE (0,07173 mS/cm); Acidez de Cambio (0,0341 mg H-Al/100 g); %N (0,306); %MO (3,307); P asimilable (210,663 mg/kg); Cationes intercambiables (0,133 meq Na⁺/100 g; 0,665 meq K⁺/100 g; 17,809 meq Ca²⁺/100 g; 2,563 meq Mg²⁺/100g); CIC (21,205 meq/100 g) y TBI (21,171 meq/100 g).

El MRI B [suelo del Viacha, Centro de Investigaciones y Aplicaciones Nucleares (CIAN)] presenta una textura franco arcillosa; pH_H2O(valor promedio; 8,7); pH_KCl (7,08); CE (0,733 mS/cm); Acidez de cambio (0,0949 mg Al-H /100 g); %N (0,0930); %MO (0,6359); P asimilable (18,011 mg/kg); Cationes intercambiables (4,785 meq Na⁺/100 g; 0,452 meq K⁺/100 g; 5,141 meq Ca²⁺/100 g; 3,978 meq Mg²⁺/100 g); CIC (14,390 meq/100 g) y TBI (14,356 meq/100 g).

Evaluando los resultados de análisis físicos y químicos como: textura, pH, CE, TBI, %MO, %N y P asimilable se concluye que:

]]> Los suelos de la comunidad Yamora presenta una fertilidad apta para todo tipo de cultivo.
• Los suelos de CIAN-Viacha presentan una baja fertilidad natural debido a altos contenidos de Na⁺ y bajos contenidos de MO, N y P asimilable, aunque presenta alta capacidad de retención de nutrientes.
• Las muestras MRI A y MRI B son homogéneas con respecto a los parámetros fisicoquímicos: pH en KCl, CE, %MO, %N, cationes de cambio (Ca⁺², Mg⁺², Na⁺, K⁺) y P asimilable, pero no es homogénea respecto al pH en agua. Según la evaluación estadística y ANOVA se verifica que las muestras y los resultados obtenidos se garantiza que MRI A y MRI B son muestras homogéneas, dado que todos los parámetros cumplen con el criterio excepto para el parámetro pH en agua para las muestras de Yamora (Inquisivi).

En el tema de estabilidad para P asimilable se concluye que es estable para la muestra de Viacha, mientras que para la muestra de Yamora se observa cierta inestabilidad.

Finalmente, se concluye que las muestras son homogéneas y según los resultados estadísticos obtenidos se establece que MRI A es inestable y MRI B es estable con el tiempo. Por lo tanto, el MRI B puede ser empleado en el control de calidad de los análisis de suelos y puede ser utilizado como Material de Referencia Certificado Interno (MRCI) en cambio MRI A no puede ser usado en los análisis de suelos por su inestabilidad.

RECONOCIMIENTOS

Al Ing. Rubén Callisaya por la colaboración en el análisis de textura de suelos, a la Tec. Roció Choque por la colaboración en los análisis en el instrumento de Absorción Atómica, a la Lic. Heidi Ruth Mamani Tola por la colaboración en los análisis de muestra en el equipo de Espectrofotómetro (UV/visible), a la Lic. Lizangela Huallpara por la colaboración en la elaboración del mapa del área de estudio, a Damián Torrez y Ing. Gabriela Alba Huanca en la colaboración en los análisis de las muestras de suelos.

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