Métodos de laboratorio para la extracción de fósforo disponible en el suelo

Introducción

El desarrollo de las plantas se encuentra determinado por diversos factores categorizados en distintos grupos. Entre estos grupos están los factores limitantes, que corresponden al suelo. El papel fundamental del suelo es brindar soporte mecánico a la planta, pero a su vez representa la fuente de nutrientes principal. Los nutrientes de las plantas son elementos químicos presentes en el suelo en forma iónica o en ocasiones combinados con otras moléculas formando complejos del suelo. Estos elementos están clasificados en función de su esencialidad para la planta.

Existen elementos químicos, que no solo para las plantas, sino para cualquier otro ser vivo son vitales ya que forman parte constitutiva de su ser. Éstos se denominan elementos estructurales ya que se encuentran formando parte de ácidos nucléicos, proteínas, azúcares, lípidos, enzimas, etc. del soma vegetal; en este grupo se encuentran los elementos presentes en todo ser vivo: carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H). Seguidamente encontramos un grupo de elementos que las plantas consumen en menor proporción que los estructurales pero en mayor proporción que otros elementos menores del suelo. A estos se les denomina macroelementos o macronutrientes y reciben ese nombre ya que son los que las plantas absorben del suelo en mayor cantidad; a este grupo pertenecen el nitrógeno (N), el fósforo (P), el potasio (K), el calcio (Ca), el magnesio (Mg) y el azufre (S). Los micronutrientes o microelementos son absorbidos en menor proporción que los anteriores pero son igual de vitales para la planta; aquí encontramos al hierro (Fe), el cobre (Cu), el molibdeno (Mo), manganeso (Mn), boro (B), zinc (Zn) y cloro (Cl).

Para determinar la proporción de estos elementos en el suelo se utilizan los análisis químicos que mediante procedimientos en laboratorio extraen el elemento en estudio mediante agentes extractantes.

En este informe se estudiarán los distintos métodos de laboratorio para extraer el elemento fósforo, ya que es uno de los elementos más importantes para la planta y es el que se encuentra en el suelo, por lo general, en menores proporciones en forma asimilable.

El fósforo en el suelo se encuentra en dos formas: como fósforo orgánico en forma de ésteres del ácido fosfórico que son moléculas complejas componentes de la materia orgánica; y como fósforo inorgánico (Pi) formando parte de las apatitas (fluorapatitas en mayor cantidad, hidroxiapatitas y cloroapatitas), en forma ocluida (combinado con otros compuestos de forma insoluble), en forma lábil (absorbido por las arcillas) o en la solución del suelo en forma de ortofosfatos primarios (H2PO4-) y ortofosfatos secundarios (HPO42-), las cuales son las formas asimilables por las plantas. La disponibilidad de estas dos formas va a depender del pH del suelo. En suelos ácidos predominan las formas de ortofosfato primario mientras que en los suelos básicos predominan los ortofosfatos secundarios. Es de acotar también que la solubilidad del P en el suelo va a depender del pH. En suelos con pH ácido y presencia de hierro (Fe3+) y aluminio (Al3+) el fósforo se combina con ellos volviéndose insoluble, mientras que a pH básico el fósforo se combina con el calcio o el magnesio volviéndose igualmente insoluble. El rango de pH en el que el fósforo se encuentra soluble es a pH entre 5,5 y 7,0.

El fundamento de la extracción del fósforo disponible del suelo se basa en la disociación de cualquiera de las formas insolubles de éste en el suelo, liberándolo en forma de fosfato. Existe una gran variedad de métodos para determinar el P disponible, condicionados principalmente al tipo de suelo que contiene el elemento y al pH del mismo.

Método Bray y Kurtz P-1 (1945)

El método Bray y Kurtz P-1 para determinación de fósforo disponible fue desarrollado por Roger H. Bray y Lester T. Kurtz en la Estación Experimental Agrícola de Illinois en 1945 y ahora es ampliamente utilizado en todo el mundo. El fósforo extraído por el método Bray y Kurtz P-1 se ha demostrado estar bien correlacionado con la respuesta de rendimiento de los cultivos en la mayoría de los suelos ácidos y neutros. Para los suelos ácidos, el fluoruro presente en el extracto Bray y Kurtz, mejora la liberación de P de los fosfatos de aluminio por la disminución de la actividad de Al en la solución del suelo a través de la formación de varios complejos Al-F. El fluoruro es también eficaz en la supresión de la re-absorción de fósforo solubilizado en los coloides del suelo.

La naturaleza ácida del extractante (pH 2,6) también contribuye a la disolución del P disponible del Al, Ca y Fe, formas enlazadas en la mayoría de los suelos. El método de Bray y Kurtz P-1 no es adecuado para:

• Suelos arcillosos con un grado moderadamente alto de saturación con bases,

• Suelos arcillo limosos o con textura más fina que sean calcáreos o que tenga un valor de pH alto (pH> 6,8) o que tengan un alto grado de saturación con bases,

• Suelos con un equivalente de carbonato de calcio mayor al 7% de la saturación de bases, o

• Los suelos con grandes cantidades de cal (mayor al 2% de carbonato de calcio).

En suelos como éstos, el CaF2, formado a partir de la reacción de Ca2+ soluble en el suelo con el flúor agregado del extractante, puede reaccionar con el fósforo del suelo e inmovilizarlo. Estas reacciones reducen la eficiencia de la extracción del P y esto resulta en valores ínfimos de P en el suelo. Por último, el extractante de Bray y Kurtz P-1 puede disolver el P de la roca fosfórica, por lo tanto no se debe utilizar en suelos recientemente enmendados con este material, ya que el valor de P será sobreestimado. Con el método Bray y Kurtz P-1, un valor de 25 a 30 mg/Kg (ppm) de P en el suelo a menudo se considera óptimo para el crecimiento vegetal.

Materiales y equipo

• Muestras de suelo tamizado a 2 mm.

• Pipeta de 25 ml.

• Matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• Soporte universal.

• Papel de filtro Whatman N° 24.

• Embudos.

• Agitador con capacidad de 200 (o más) r.p.m.

• Balanza analítica o granataria.

• Fotocolorímetro.

Reactivos:

• Extractante Bray y Kurtz P-1 (HCl 0,025 M en NH4F 0,03 M): Disolver 11,11 g de fluoruro de amonio en alrededor de 9 L de agua destilada. Añadir 250 ml de HCl 1 M previamente estandarizado, llevar a 10 L con agua destilada y mezclar bien. El pH de la solución resultante debe ser de pH 2,6 ± 0,05. Los ajustes en el pH se hacen utilizando HCl o hidróxido de amonio (NH4OH). Conservar en bombonas de polietileno hasta su uso.

Procedimiento

• 1. Pese 2 g de suelo y colóquelos en un matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• 2. Añadir 20 ml de solución extractante a cada matraz y agitar a 200 o más r.p.m. durante cinco minutos a una temperatura ambiente menor a 24 o 27° C.

• 3. Si es necesario para obtener un filtrado incoloro, agregue 1 cm3 (aprox. 200 mg) de carbón vegetal a cada matraz.

• 4. Filtrar los extractos a través de un papel de filtro Whatman N° 42. Si los extractos no salen claros, filtrar nuevamente.

• 5. Analizar el P por colorimetría o con plasma acoplado inductivamente a espectroscopia de emisión con el blanco y los patrones preparados con la solución extractante de Bray P-1.

Cálculos:

El fósforo extraído por el método Bray y Kurtz P-1 es calculado como:

Método Mehlich 1 (1953)

El método Mehlich 1 para determinación de fósforo disponible en el suelo, también conocido como el método del doble ácido diluido o extractante de Carolina del Norte, fue desarrollado en la década de 1950 por el Dr. Adolf Mehlich, servidor del Departamento de Agricultura de Carolina del Norte, y sus compañeros de trabajo. A nivel mundial el método Mehlich 1 se utiliza principalmente como un agente de extracción de múltiples elementos como P, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn y Zn. El método Mehlich 1 extrae el fósforo combinado con el aluminio, el hierro y en forma de fosfatos de calcio y además se adapta mejor a los suelos ácidos (pH< 6,5) con escasa capacidad de intercambio catiónico (< 10 cmol(+)/kg) y con contenido de materia orgánica menor al 5%. Algunos investigadores afirman que el análisis de suelo con el método Mehlich 1 es poco fiable para suelos calcáreos o alcalinos, ya que éste extrae grandes cantidades de P no lábil en suelos con pH> 6,5, suelos que han sido tratados recientemente con roca fosfórica, suelos con alta capacidad de intercambio catiónico (CIC) o con alta saturación de bases. En suelos con estas características, la acidez de la solución Mehlich 1 se neutraliza, reduciendo la capacidad del ácido diluido para extraer el fósforo.

Para el método Mehlich 1, un valor de 20 a 25 mg de P/ kg de suelo es generalmente considerado como óptimo para el crecimiento de las plantas, aunque esto puede variar ligeramente entre los tipos de suelos y sistemas de cultivos. En suelos de textura gruesa un valor de 20 a 25 mg/kg es adecuado pero en suelos arcillosos sólo 10 mg/kg son requeridos.

Materiales y equipos:

• Muestras de suelo tamizado a 2 mm.

• Pipeta de 25 ml.

• Matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• Soporte universal.

• Papel de filtro Whatman N° 2.

• Embudos.

• Agitador con capacidad de 180 r.p.m.

• Balanza analítica o granataria.

• Fotocolorímetro.

Reactivos:

• Extractante: Solución Mehlich 1 (H2SO4 0,0125 M + HCl 0,05 M): También se le conoce como solución doble ácido diluido o solución de Carolina del Norte. Usando un cilindro graduado, añada 167 ml de HCl concentrado (12 M) y 28 ml de H2SO4 concentrado (18 M), llevar a 35 L con agua desionizada y almacenar en una bombona de polipropileo grande hasta su uso.

Procedimiento:

• 1. Pesar 5,0 g de suelo tamizado a 2 mm y transferirlo a un matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• 2. Si es necesario obtener un filtrado incoloro, agregue 1 cm3 (aprox. 200 mg) de carbón vegetal a cada matraz.

• 3. Añadir 20 ml de solución Mehlich 1 y agitar durante cinco minutos en un agitador a unas 180 r.p.m. a temperatura ambiente menor a 24° o 27° C.

• 4. Filtrar a través de un papel de filtro Whatman N° 2.

• 5. Analizar por colorimetría el contenido de P en el blanco y los patrones realizados con la solución Mehlich 1.

Cálculos:

Método Mehlich 3 (1984)

El método Mehlich 3 fue desarrollado por el Dr. Adolf Mehlich en 1984 como un extractante multielemental mejorado para P, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn y Zn. Hoy en día es utilizado en todo el mundo ya que es muy adecuado para una amplia gama de suelos, tanto ácidos como alcalinos en la reacción. El método Mehlich 3 es similar en principio al de Bray y Kurtz P-1 porque contiene una solución ácida de fluoruro de amonio. El ácido acético en el extractante también contribuye a la liberación de P disponible en la mayoría de los suelos. Es más eficaz que el método Mehlich 1 en la predicción de la respuesta de los cultivos al P en suelos neutros y alcalinos porque la acidez del extractante se neutraliza menos por el carbonato de calcio. Varios estudios han demostrado que Mehlich 3 está altamente correlacionado con el P extraído de los suelos por el método Bray y Kurtz P-1, Mehlich 1 y Olsen.

Para el método Mehlich 3, un valor de 45 a 50 mg/kg es generalmente considerado como óptimo para el crecimiento de las plantas y los rendimientos de los cultivos, por encima de los valores críticos utilizados para otras pruebas estándar de P en el suelo, como el método Bray y Kurtz P-1, Mehlich 1 y Olsen.

Materiales y equipos:

• Muestras de suelo tamizado a 2 mm.

• Pipeta de 25 ml.

• Matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• Soporte universal.

• Papel de filtro Whatman N° 42.

• Embudos.

• Agitador con capacidad de 200 (o más) r.p.m.

• Balanza analítica o granataria.

• Fotocolorímetro.

Reactivos:

• Extractante: Solución Mehlich 3 ( CH3COOH 0,2 M + NH4NO3 0,25 M + NH4F 0,015 M + EDTA [ácido etilendiaminotetraacético]). Se prepara de la siguiente manera:

Solución madre: Fluoruro de amonio (NH4F) y una solución EDTA de valores (NH4F 3,75 M : EDTA 0,25 M):

• 1. Añadir 1.200 ml de agua destilada a un matraz aforado de 2 L.

• 2. Añadir 277,8 g de fluoruro de amonio y mezclar bien.

• 3. Añadir 146,1 g de EDTA a la solución anterior.

• 4. Haga una solución de 2 L, mezclar bien y guardar en una bombona de polietileno (solución de reserva para 10.000 muestras).

Solución Mehlich 3:

• 1. Añadir 8 L de agua destilada a una bombona de 10 L.

• 2. Disolver 200 g de nitrato de amonio en el agua destilada.

• 3. Añadir 40 ml de solución madre fluoruro de amonio-EDTA y mezclar bien.

• 4. Añadir 115 ml de ácido acético glacial (99,5%, 1,74 M).

• 5. Añadir 8,2 ml de ácido nítrico concentrado (68-70%, 15,5 M).

• 6. Añadir agua destilada hasta el volumen final de 10 L y mezclar bien (cantidad suficiente para la extracción de 400 muestras), el pH final debe ser de 2,5 ± 0,1.

Procedimientos:

• 1. Pese 2 g de suelo y transferirlo a un matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• 2. Añadir 20 ml de solución Mehlich 3 a cada matraz y agitar a 200 o más r.p.m. durante cinco minutos a una temperatura ambiente menor de 24° a 27° C:

• 3. Si es necesario para obtener un filtrado incoloro, agregue 1 cm3 (aprox. 200 mg) de carbón vegetal a cada matraz.

• 4. Filtrar los extractos a través de un papel de filtro Whatman N° 42. Si los extractos no salen claros, filtrar nuevamente.

• 5. Analizar el P del blanco y los patrones por colorimetría.

Cálculos:

Método Olsen (1954)

El método de Olsen con bicarbonato de sodio fue desarrollado por Sterling R. Olsen y sus colaboradores en 1954 para predecir la respuesta del cultivo a la adición de fertilizantes de P en suelos calcáreos. Se utiliza como método predilecto en suelos calcáreos, particularmente aquellos con menos más del 2% de carbonato de calcio, pero se ha demostrado en algunas investigaciones ser razonablemente eficaz para suelos ácidos.

Para Olsen un valor de 10 mg/kg se considera generalmente óptimo para el crecimiento vegetal.

Materiales y equipos:

• Muestras de suelo tamizado a 2 mm.

• Pipeta de 25 ml.

• Matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• Soporte universal.

• Papel de filtro Whatman N° 42.

• Embudos.

• Agitador con capacidad de 200 (o más) r.p.m.

• Balanza analítica o granataria.

• Fotocolorímetro.

Reactivos:

• Extractante: Solución extractora de Olsen (NaHCO3 0,5 M, pH 8,5): Disolver 420 g de bicarbonato de sodio en agua destilada y completar a un volumen final de 10 L. Ajustar el pH de la solución a un valor de 8,5 añadiendo hidróxido de sodio al 50%.

Procedimientos:

• 1. Pese 1 g de suelo y transfiéralo a un matraz Erlenmeyer de 50 ml.

• 2. Añada 20 ml de solución extractora de Olsen a cada matraz y agite a 200 o más r.p.m. durante 30 minutos a una temperatura ambiente menor a 24° – 27° C.

• 3. Si es necesario, para obtener un filtrado incoloro, agregue 1 cm3 (aprox. 200 mg) de carbón vegetal a cada matraz.

• 4. Pasar los extractos por un papel de filtro Whatman N° 42. Filtrar de nuevo, si los extractos no son claros.

• 5. Analizar el P disponible en el blanco y los patrones realizados con la solución Olsen por colorimetría.

Cálculos:

Referencias

Department of Agronomy of the Kansas State University. Methods of phosphorus analysis for soils, sediments, residuals and waters N° 396. United States: Author.

Fernández, L. C.; Rojas, N. G.; Roldán, T. G.; Ramírez, M. E.; Zegarra, H. G.; Ávila, R. J.; Flores, D. y Arce, J. M. (2006). Manual de técnicas de análisis de suelos aplicadas a la remediación de sitios contaminados. México: Instituto Nacional de Ecología.

González Gallardo, A. (1941). Introducción al estudio de los suelos. México: Banco Nacional de Crédito Agrícola, S.A.

Llorca Llorca, R. y Bautista Carrascosa, I. (2006). Prácticas de atmósfera, suelo y agua. España: Editorial Universidad Politécnica de Valencia.

Steubing, L.; Godoy, R. y Alberde, M. (2002). Métodos de ecología vegetal. Chile: Editorial Universitaria, S.A.

Usón Murillo, A.; Boixadera Llobet, J.; Bosch Serra, A. y Martín, A. E. (2010). Tecnología de suelos: Estudio de casos. España: Prensas Universitarias de Zaragoza.

Autor:

Javier Alfonso Molina Ceballos

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Universidad Nacional Experimental de los Llanos Centrales

"RÓMULO GALLEGOS"

Área de Ingeniería Agronómica

Edafología II

San Juan de los Morros, Edo. Guárico – Febrero del 2.012