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DETERMINACIÓN DE CARBONO ORGANICO
(MATERIA ORGANICA) EN MUESTRAS DE SUELO
MARLY PEÑA MORA
JOSE JAVIER DUQUE OSORIO
ANDREA F. GALEANO ÁLVAREZ
INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO
QUÍMICA DE SUELOS
Docente de la Asignatura
GONZALO LEÓN COTE
Ingeniero Químico
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
DIVISION DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA
FACULTAD DE QUÍMICA AMBIENTAL
BUCARAMANGA
2014
INTRODUCCIÓN
En el presente informe se describen los resultados obtenidos durante la práctica de laboratorio para la determinación del contenido de carbono (materia orgánica) en muestras de suelos de diferente origen y uso.
El análisis de carbono orgánico se realizó mediante el método Walkley y Black. Una cantidad determinada de muestra, es tratada con un volumen conocido de oxidante, dicromato de potasio 1N en un medio ácido. El exceso de oxidante se determina con una solución valorada de sulfato ferroso. Con la cantidad de oxidante consumido, se calcula la cantidad de materia orgánica oxidada.
En la práctica efectuada, se analizaron 12 muestras de suelos de diferentes municipios del departamento de Santander, los cuales tienen diversos usos y fueron muestreados a diferentes profundidades.
OBJETIVO
OBJETIVO GENERAL
Conocer y aplicar el método de Walkley y Black para la determinación de carbono orgánico (materia orgánica), en diferentes muestras de suelo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar mediante un ensayo de laboratorio, el contenido de carbono orgánico presente en diferentes muestras de suelo.
Conocer la correlación existente entre el contenido de materia orgánica de un suelo y algunas de sus características.
MARCO TEÓRICO
La sustentabilidad de los sistemas agrícolas está muy relacionado con la presencia de carbono orgánico del suelo (COS), ya que este afecta las propiedades del suelo relacionadas con el rendimiento sostenido de los cultivos1. El COS se vincula con la cantidad y disponibilidad de nutrientes del suelo, al aportar elementos como el N cuyo aporte mineral es normalmente deficitario. Además, al modificar la acidez y la alcalinidad hacia valores cercanos a la neutralidad, el COS aumenta la solubilidad de varios nutrientes2.
El carbono orgánico es esencial para la actividad biológica del suelo (Aguilera, 1999). Proporciona recursos energéticos a los organismos del suelo, mayoritariamente heterótrofos, en forma de carbono lábil (hidratos de carbono o compuestos orgánicos de bajo peso molecular)3. El COS asociado a la materia orgánica del suelo proporciona coloides de alta capacidad de intercambio catiónico. Su efecto en las propiedades físicas se manifiesta mediante la modificación de la estructura y la distribución del espacio poroso del suelo. La cantidad de COS no solo depende de las condiciones ambientales locales, sino que es afectada fuertemente por el manejo del suelo4. Existen prácticas de manejo que generan un detrimento del COS en el tiempo, a la vez hay prácticas que favorecen su acumulación5.
DISEÑO METODOLÓGICO
TOMA DE MUESTRA
Las muestras y preparadas fueron tomados por personal ajeno a la Universidad Santo Tomás, pero se conoce su origen, uso y su altura con respecto al nivel del mar. Los datos se presentan a continuación:
No muestra
Municipio/ Vereda
Uso actual
msnm
10
Piedecuesta / Guatiguara
Cultivo de pastos
1000
18
Matanza
Cultivo de café
1500
25
Matanza
Cultivo de café
1500
11
Arauca
Cultivo de pastos
800
19
Matanza
Cultivo de café
1500
21
Matanza
Cultivo de café
1500
12
Bucaramanga / San Ignacio
Cultivo de frutales
1200
20
Matanza
Cultivo de café
1500
24
Matanza
Cultivo de café
1500
16
Girón
Cultivo de lechosa
800
17
Girón
Cultivo de lechosa
800
26
Matanza
Cultivo de café
1500
MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS PARA EL ANÁLISIS
Para la realización del laboratorio, se emplearon los materiales, equipos y reactivos relacionados en la tabla 1.
Tabla 1. Materiales, equipos y reactivos para el monitoreo
Materiales
Equipos y Reactivos
4 Erlenmeyers de 250 mL
Balanza analítica
Probetas de 100 mL
Plancha de agitación magnética
1 Pipeta de 5 mL
H3PO4 85%
1 Pipeta de 10 mL
H2SO4 concentrado
4 Barras magnéticas de agitación
K2Cr2O7 1 N
Frasco lavador
Difenilamina
Bureta 25 mL
Fe(NH4)2(SO4)2 0.5 N
MÉTODO DE ANÁLISIS
A continuación se relaciona el procedimiento para la determinación del contenido de carbono orgánico (materia orgánica), realizada en el laboratorio:
Determinación de carbono orgánico (materia orgánica) :
En un Erlenmeyer de 250 mL, se pesaron aproximadamente 0.3 g de suelo, previamente pasado por una malla No 60 (0.25 mm de diámetro). A continuación se añadieron 5 mL de solución de dicromato de potasio 1 N y 10 mL de ácido sulfúrico concentrado, se mezcló durante un minuto y se dejó en reposo durante treinta minutos. Seguidamente, se agregaron 70 mL de agua destilada y 3 mL de ácido fosfórico al 85%. Finalmente se añadieron 0.5 mL de solución indicadora de Difenilamina y se tituló con solución de sulfato ferroso amoniacal hasta el viraje de color de azul a un verde brillante.
Simultáneamente se realizó el mismo procedimiento descrito, pero sin adición de muestra. Este análisis fue usado como blanco del ensayo y con los datos obtenidos, se calculó la normalidad del sulfato ferroso amoniacal empleado en la titulación.
RESULTADOS Y DISCUSION
4.1 Estandarización de la solución de sulfato ferroso amoniacal:
El volumen de solución de sulfato ferroso amoniacal, consumido para valorar el blanco, 5 mL de solución 1N de K2Cr2O7, fue de 11.9 mL. Por lo tanto la concentración estandarizada de la solución de sulfato ferroso amoniacal, se calculó mediante la siguiente fórmula:
Normalidad solución ferrosa = mL K2Cr2O7×N K2Cr2O7mL FeNH42(SO4)2=0.4202 mEqmL
4.2 Determinación de carbono orgánico en muestras de suelo:
En la tabla 2 se presentan los resultados de las valoraciones realizadas para las muestras de suelo. Con estos datos y usando las ecuaciones descritas a continuación, se calculó el contenido de carbono orgánico y materia orgánica.
Carbono Orgánico (%)= B-M×N×0.003×1.3×100Pm
Materia Orgánica (%)=% carbono orgánico ×1.724
Donde:
B = Volumen de solución ferrosa consumidos en el blanco (mL)
M = Volumen de solución ferrosa consumidos en la muestra (mL)
N = Normalidad de la solución ferrosa (0.4202 mEq/mL)
0.003 = peso equivalente del carbón (g/mEq)
1.3 = Factor de la eficiencia en la reacción de oxidación del carbono orgánico
Pm = Peso de la muestra (g)
1.724 = factor de relación de contenido de carbono en la materia orgánica
Tabla 2. Datos de las valoraciones realizadas para las muestras analizadas
No muestra
Peso muestra (g)
Volumen solución ferrosa (mL)
10
0.5060
8.10
18
0.3076
5.95
25
0.5053
11.90
11
0.5023
10.05
19
0.3092
5.15
21
0.5130
10.35
12
0.5031
8.00
20
0.5008
10.60
24
0.3013
5.50
16
0.3088
9.05
17
0.3023
8.65
26
0.5009
10.00
Fuente: Autores
Tabla 2. Resultados de carbón orgánico (MO) y análisis de prácticas previas
No muestra
pH
Acidez Intercambiable
(mEq/100 mg suelo)
Carbón orgánico (%)
Materia orgánica
(%)
Al+3 + H+
Al+3
10
5.3
0.282
0.125
1.23
2.12
18
5.8
0.121
0
3.17
5.46
25
7.2
0.081
0
0.00
0.00
11
4.9
3.788
3.735
0.60
1.04
19
5.7
0.161
0
3.58
6.17
21
7.2
0.040
0
0.50
0.85
12
6.1
0.040
0
1.27
2.19
20
7.3
-
-
0.43
0.73
24
5.6
0.040
0
3.48
6.00
16
8.5
0.081
0
1.51
2.61
17
8.4
0.081
0
1.76
3.04
26
7.5
-
-
0.62
1.07
Fuente: Autores
De acuerdo a los resultados obtenidos, se destaca que las muestras identificadas como 18, 19, y 24, son las muestras con mayor contenido de materia orgánica. De acuerdo al aspecto (color) de estas, este es el resultado esperado por ser las muestras más oscuras. Los valores hallados para estas muestras, se ubican en el nivel alto (mayor de 5), para el clima medio de donde proceden estas.
Las muestras 10, 12, 16 y 17, presentaron un contenido intermedio de materia orgánica, Los valores hallados para estas muestras, se ubican en el nivel medio (entre 2 y 3), para el clima cálido de donde proceden estas.
Las muestras 11, 20, 21 y 26, presentaron el contenido de materia orgánica más bajo de todas. Los valores hallados para estas muestras, se ubican en el nivel bajo (menor de 2).
La muestra 25, fue la única que no presentó materia orgánica, se desconoce la fuente de este resultado. Puede ser atribuirle a: error en la medición del oxidante, error en la titulación o que la muestra en sí no contenga materia orgánica.
CONCLUSIONES
El método empleado para determinar el contenido de materia orgánica en suelos, es un ensayo de fácil aplicación y puede ser utilizado para una amplia variedad de tipos de suelos.
Se logró evidenciar la relación existente entre el aspecto (color) del suelo y el contenido de materia orgánica. Los suelos de color oscuro, fueron los que presentaron los valores más altos de materia orgánica y de otra parte los suelos de aspecto amarrillo o rojizo, fueron los de menor contenido.
Observar el color de una muestra de suelo antes de realizar este análisis, permite estimar de buena forma, la cantidad de muestra a usar, asegurando un consumo de titulante adecuado y de este modo obtener un resultado más preciso y confiable.
Durante la realización del ensayo, es recomendable medir el volumen del oxidante agregado, usando una bureta que permita asegurar resultados más precisos y confiables.
BIBLIOGRAFÍA
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ACEVEDO, E. Y SILVA, P., 2003. Agronomía de la cero labranza. Universidad de Chile, Serie Ciencias Agronómicas, N° 10. 132 p
AGGARWAL, P., Goswami, B., 2003. Bed planting system for increasing water use efficiency of wheat grown on Inceptisol. Indian J. Agric. Sci. 73, 422-425.
AGGARWAL, P., Choudhary, K.K., Singh, A.K., Chakraborty, D., 2006. Variation in soil strength and rooting characteristics of wheat in relation to soil management. Geoderma. 136, 353-363.
MARTÍNEZ, E., VALLE, S., SILVA, P. y ACEVEDO, E., 2004. Evaluación de algunas propiedades físicas y químicas de un suelo Mollisol asociadas a manejo en cero labranza. En: Evaluación de parámetros y Procesos Hidrológicos en el Suelo. Compendio de los trabajos presentados en la VII Escuela Latinoamericana de Física de Suelos. La Serena, Chile. Noviembre del 2 al 14 de 2003. UNESCO, Paris. 95-100 p.
ANEXO
Describa el efecto que tiene la materia orgánica sobre las siguientes propiedades del suelo: Estructura, humedad, consistencia, color, CIC, nutrientes, contaminación, biota.
PROPIEDADES
EFECTO AL AUMENTAR EL CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA
Estructura
Contribuye en el aumento de la porosidad,El tamaño de la partícula aumenta y se da una estabilidad en los agregados.
Humedad
Aumenta la capacidad de retener agua, sobre todo a bajas tensiones y/o si el suelo es arenoso.
Consistencia
Aumenta la friabilidad, disminuye la pegajosidad, la plasticidad y el encostramiento superficial; con esto se facilita el laboreo del suelo ya que este le opone menor resistencia a los implementos y a las maquinas; también en este sentido tiene efectos económicos al requerirse menos potencia y menos gasto de combustibles.
Color
Oscurece el suelo facilitando su calentamiento, con lo cual mejora la germinación de las semillas, el desarrollo radicular y, en general, la nutrición de la planta.
CIC
Incrementa su valor
Nutrientes
Aporta principalmente N, P y S durante el proceso de mineralización; puede ocasionar fijación de algunos elementos menores; la disponibilidad de algunos nutrientes se puede ver reducida debido a la formación de complejos estables en los cuales se ven involucrados, como es el caso de la formación de quelatos con Cu, Mn, Zn, Fe, entre otros, o a procesos de adsorción selectiva de algunos iones
Contaminación
La materia orgánica almacena compuestos y/o elementos tóxicos como algunos ingredientes activos no degradables de agroquímicos o metales pesados como Pb y Ni, que llegan al suelo, dificultando su eliminación de este medio.
Biota
La principal fuente de energía para los organismos que viven en el suelo es la materia orgánica del mismo; algunos productos de su alteración pueden ser tóxicos para algunos de ellos.
¿De cuáles factores depende la velocidad de descomposición de la materia orgánica?
La velocidad de descomposición es muy variable pues depende de muchos factores, como lo son:
Tipo de residuos vegetales aportados. El tiempo de descomposición de materia vegetal cambia según el tipo de vegetación, la ubicación, la temperatura y las precipitaciones.
Temperatura. A medida que aumenta la temperatura se incrementa la tasa de descomposición.
Humedad- aireación. En condiciones anaeróbicas la descomposición es mucho más lenta que en condiciones aeróbicas.
pH. La descomposición es más eficiente en condiciones cercanas a la neutralidad.
Relación C/N. Se relaciona directamente con la mineralización de los materiales orgánicos.
Materiales inorgánicos del suelo. La formación de complejos órgano- minerales protege la materia orgánica de la descomposición, efecto que es muy marcado en los Andisoles.1
¿Cuáles son los niveles críticos para el contenido de materia orgánica del suelo?
CLIMA
CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA (%) PARA NIVEL
BAJO
MEDIO
ALTO
Cálido
<2
2 - 3
>3
Medio
<3
3 - 5
>5
Frio
<5
5 - 10
>10
Mencione las reacciones que ocurren durante la valoración y determine el equivalente del Dicromato de Potasio y del Sulfato Ferroso.
4
