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Efectos del uso de ozono como desinfectante en la fertilidad de los suelos

Efectos del uso de ozono como desinfectante en la fertilidad de los suelos

El empleo de ozono (O3) en agricultura a través de la ozonificación del agua está teniendo un gran interés dado que tiene una fuerte capacidad de oxidación, un amplio espectro de esterilización y desinfección, no es tóxico y además es inocuo. El presente trabajo se centra en la evaluación en el suelo del ozono disuelto en agua en diferentes concentraciones, prestando especial atención a lo que sucede con los parámetros del suelo y su capacidad como sumidero de carbono.

Susana Luis, Víctor Romero, José Manuel Miguel, Jorge Miñón. Centro Tecnológico Agrario y Agroalimentario. Itagra.ct.

El ozono actúa como un excelente agente antimicrobiano debido a su elevado poder oxidante, especialmente a nivel sistémico, es ca­paz de inhibir y destruir microorganismos patógenos como bacterias anaerobias, vi­rus, algas, hongos y protozoos.

El ozono se está empleando en agricultura por razones fitosanitarias para el control de determinadas enfermedades fúngicas. En este sentido se está apli­cando en los suelos para la erradicación de estas y otras enfermedades que persisten en este medio. Esta erradicación total o parcial de los microorganismos del suelo supone que se eliminan microorganismos que no son patógenos y que, por ejemplo, intervienen en la mineralización y humificación de los residuos orgánicos de los cultivos.

Si buscamos en estudios científicos observamos que existe una extensa bibliografía de los efectos del ozono troposférico en los cultivos, donde se documenta como este compuesto incrementa o reduce la productividad de determinados cultivos, pero no encontramos estudios que evalúen el tratamiento con agua ozonificada en cuanto a los parámetros físico-químicos del suelo.

Figura 1. Esquema del funcionamiento del equipo de ozonificación.

En este sentido la materia orgánica del suelo es un componente clave en los ecosistemas terrestres, tanto en su concentración como en su distribución, y su contenido y calidad tienen un importante efecto en los procesos que ocurren dentro de los ecosistemas. Además la materia orgánica es un parámetro considerado como el más importante indicador de la calidad de suelo. Por otro lado, la materia orgánica en el suelo tiene cada vez más interés medioambiental, ya que es un sumidero de carbono y su incremento es un objetivo dentro de las estrategias de lucha contra el cambio climático. El em­pleo de ozono al ser un potente oxidante hace sospechar que produzca una oxidación de la materia orgánica, reduciéndose su contenido en el suelo y con ello su ca­pacidad de sumidero de carbono.

La oxidación de la materia orgánica supone un tipo de mineralización de la ma­teria orgánica, quedando disponibles los nu­trientes que estaban retenidos. Este aporte de nutrientes conviene tenerlo en cuenta en los programas de fertilización de los cultivos.

Material y métodos

Equipo de ozonificación
La figura 1 muestra el equipo para la ozonización del agua utilizada y su funcionamiento. El equipo dispone de un sistema de refrigeración hídrico en los cartuchos de plasma que producen el impulso eléctrico y le permite mantener la temperatura por debajo de 15oC, alcanzando una concentración estable de ozono de hasta 4 mg·kg-1.

Figura 2. A) Campo experimental. B) Detalle de equipo de ozonificación de agua conectado a la red de riego.

El equipo se conectó a la red de riego como se muestra en la figura 2. A la salida del equipo de ozono se dispusieron siete ramales de goteros autocompensantes de 10 l/hora de caudal. Cada ramal tiene una llave de paso, para poder controlar el tratamiento a realizar en cada línea de cultivo.

El equipo de ozono dispone de una entrada conectada al pozo que suministra el agua de riego, una vez lleno el depósito pulmón del equipo (depósito blanco) con una ca­pacidad de 60 litros, se cierra la en­trada de agua y se genera el ozono que se disuelve hasta su perfecta homogeneización con el agua, cuando la sonda nos in­dica la concentración de ozono en el agua, se abre solo el ramal del tratamiento co­rrespondiente con la concentración de ozo­no al­canzada.

Tratamientos
Los tratamientos han sido: control (solo agua de riego), T1 con agua ozonizada con 1 ppm, T2 con agua ozonizada con 2 ppm, T3 con agua ozonizada con 3 ppm y T4 con agua ozonizada con 4 ppm.

Diseño experimental
Los ensayos se realizaron en un invernadero, ubicado en Pa­len­cia (41° 59’ 22.7” N 4° 30’ 49.0” W), desde el mes de abril de 2020 hasta febrero de 2021, donde se han ido alternando diferentes cultivos, agronómicamente compatibles en rotación.

El suelo es de textura franco-limosa, con un pH de 8,26 y un contenido en materia orgánica inicial de 4,7%.

Las líneas de los goteros de los tratamientos fueron de 25 metros de largo, dividiendo cada línea en tramos de 5 metros definiendo así las zonas de cultivo.

El ensayo ha tenido una duración de aproximadamente un año en el que, de­pen­diendo de las zonas de cultivo establecidas, se han im­plantado diferentes rotacio­nes de cultivo. En el cuadro I se mues­tran los diferentes cultivos que han for­mado el ensayo y las zonas de cultivo.

Seguimiento experimental
Previo al inicio de la experiencia se tomaron muestras de suelo, repitiendo este muestreo por plot de tratamiento al finalizar cada cultivo (cuadro I).

Estas muestras de suelo se tomaron a una profundidad de 20 cm separadas a 30 cm de la línea de gotero.

Los parámetros del suelo analizados fueron: pH, conductividad eléctrica, N to­tal, materia orgánica oxidable, fósforo asimilable, potasio, calcio, magnesio y sodio cambiable.

Una vez recolectado el cultivo se to­maron el peso y tamaño del fruto, el peso de la raíz y de la parte aérea.

Figura 3. Diagrama de cajas y bigotes (Anova) calculado para la evolución de la materia orgánica en el suelo, con respecto a las diferentes concentraciones de ozono aplicadas.

Tratamiento de datos
El software utilizado para el tratamiento de los datos y análisis estadístico ha sido SPS, con un nivel de significación del 95%. También con estos datos se ha optado por analizar las pendientes lineales de la evolución de los parámetros a lo largo del ensayo con la finalidad de ver la tendencia de cada tratamiento en cada parámetro.

Resultados y discusión

Resultados

Evolución de la materia orgánica en el suelo
En la figura 3, se pueden observar diferencias significativas entre el tratamiento con 4 ppm y el tratamiento con 2 ppm de concentración de ozono, al finalizar el en­sayo. El resto de los tratamientos no mues­tran diferencias entre sí ni con el con­trol.

Si observamos la evolución de los da­tos, se puede observar un incremento del contenido en materia orgánica en los suelos tratados con ozono con hasta 2 ppm (T2). Concretamente el incremento producido hasta esta concentración ha sido de un 6% sobre el control. Cuando la concentración de ozono en el agua ha au­mentado hasta los 3 ppm, se ha producido un descenso drástico del contenido de ma­teria orgánica en los suelos, hasta llegar a los niveles iniciales. Por último, en los suelos con 4 ppm de concentración aplicada, el contenido de materia orgánica se ha visto reducido en un 8% con respecto al control.

Figura 4. Evolución de la materia orgánica en el tiempo a diferentes concentraciones de ozono.

Analizando la evolución de la concentración de la materia orgánica en el suelo durante la secuencia de todos los cultivos (figura 4), observamos que la evolución del contenido de materia orgánica en sue­lo en función de los tratamientos es continua, es decir, ya al final del primer cultivo la dosis de 4 ppm ha supuesto la mayor reducción de materia orgánica, posición que se mantiene en los sucesivos estados del suelo posterior a los cultivos siguientes.

Evolución del fósforo disponible en el suelo
En la figura 5 se observan diferencias significativas entre el control y el tratamiento con 2 ppm de concentración de ozono. El resto de los tratamientos no muestra diferencias entre sí ni con el control.

La tendencia ha sido creciente a medida que se ha incrementado la concentración de ozono hasta llegar a 2 ppm, mostrando un incremento del 9% sobre el testigo. A medida que se ha incrementado la concentración por encima de 2 ppm, se aprecia una ligera estabilización del fósforo disponible, mostrando en los tratamientos de 3 y 4 ppm incrementos de un 7 y un 5% respectivamente sobre el control.

Figura 5. Diagrama de cajas y bigotes (Anova) calculado para la evolución de fósforo en el suelo, con respecto a las diferentes concentraciones de ozono aplicadas.

El fósforo adsorbido en el complejo ar­cillo-húmico del suelo es liberado debido a que el ozono ha oxidado los compuestos húmicos que conforman el complejo. El fósforo en la solución del suelo es poco mó­vil, lo que hace que su concentración se haya incrementado al destruirse materia orgánica, al quedar más disponible en la solución rizosférica del suelo.

Evolución del potasio cambiable en el suelo
En el caso del potasio (figura 6), existe una diferencia significativa entre el control y el tratamiento con 4 ppm de concentración de ozono. El resto de los tratamientos no han mostrado diferencias significativas entre sí, ni con los dos tratamientos anteriores, situándose sus contenidos de potasio disponible entre los valores de estos dos tratamientos.

En la figura 6 se puede observar una tendencia decreciente en la concentración de potasio en el suelo a medida que crece la concentración hasta 4 ppm. Ya en el tratamiento con 1 ppm, el descenso es notorio con un descenso del contenido de potasio disponible del 29% con respecto al control. Los tratamientos con 2 y 3 ppm no han mostrado diferencias con el T1, ya que el descenso con respecto al control ha sido muy similar. Sin embargo, el tratamiento de 4 ppm de concentración de ozono ha mostrado un descenso muy acusado: un 44% menos de potasio disponible con respecto al control.

Figura 6. Diagrama de cajas y bigotes (Anova) calculado para la evolución de potasio en el suelo, con respecto a las diferentes concentraciones de ozono aplicadas.

El potasio es un elemento móvil en el suelo que se adsorbe en el complejo de cambio formado por las arcillas y los compuestos húmicos del suelo. Al destruir los compuestos húmicos del suelo, se están li­berando los cationes de potasio del complejo, y disminuyendo así la capacidad del suelo a retenerlos. Al ser el potasio un elemento móvil, este con las dotaciones de rie­go que acompañan a los tratamientos con ozono, se transloca o lava a capas profundas del suelo.

Evolución de la biología de los suelos
Se ha realizado una determinación de mi­croorganismos aerobios, mohos y levaduras sobre los primeros 5 cm del suelo, a través de cultivo en placa Petri sobre un medio de cultivo específico de mohos-levaduras y microorganismos aerobios. Del contaje de las colonias de estos dos grupos se obtuvieron los resultados, que no arrojaron diferencias significativas entre el inicio de los tratamientos en el suelo (ene­ro de 2020) y el momento final del ensayo (mayo de 2021). Aunque se ha mostrado una reducción en la presencia de microorganismos totales en el tratamiento de 3 ppm de concentración de ozono, respecto al tratamiento sin aplicación de ozono, que ha supuesto una reducción del 9% de la actividad biológica del suelo (figura 7).

Conclusiones

Figura 7. Evolución de pendientes lineales de colonias de mohos-levaduras y aerobios en los suelos entre enero de 2020 y mayo de 2021.

El ozono a dosis por encima de 2 ppm su­po­ne una destrucción de la materia orgánica oxidable del suelo, presentando ma­yores destrucciones conforme se incrementa esta concentración llegando a al­canzar la destrucción de un 8% de la ma­teria orgánica a concentraciones de 4 ppm. Esta pérdida de la materia orgánica supone la destrucción del complejo arcillo-húmico, que supone la liberación de determinados iones como es el potasio o los fosfatos. Esto supone un aumento de los ni­veles de fósforo asimilable en el suelo, ya que el fósforo es poco móvil en el suelo, permaneciendo en el entorno radicular la planta. En el caso del potasio sucede que, al ser un elemento móvil en el suelo, este se lava a capas profundas no quedando disponible.

Por ejemplo, en un suelo típico de vi­ñedo con un contenido en materia orgánica del 0,75% (28.125 kg por hectárea de materia orgánica en los 30 cm), al realizar de forma continuada un tratamiento de 4 ppm de agua ozonificada podemos perder 2.250 kg/ha de materia orgánica.

Por otro lado, la tendencia de la microbiología del suelo permite afirmar que la disminución del carbono oxidable del sue­lo no deriva de la acción de los microorganismos que pudieran haberse incrementado por la aplicación de agua ozonificada. La disminución del carbono orgánico del suelo se ha debido solo a la acción oxidan­te del ozono. Además, la aplicación de ozo­no en suelo no ha mostrado ser efectiva para eliminar los microorganismos aerobios, mohos y levaduras, lo que hace cuestionarse la efectividad de esta práctica como desinfectante de los suelos.