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Complejos de micronutrientes: Caracterización y factores que influyen en su eficacia como fertilizantes
Author
Islas Váldez, SamiraEntity
UAM. Departamento de Química AgrícolaDate
2019-11-21Funded by
La presente Tesis Doctoral se ha realizado a través de la financiación de la siguiente beca: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). Beca predoctoral No. 278934 del Programa de Becas CONACYT al extranjero 2015 otorgada a través del Consejo de Ciencia, Tecnología e Innovación de Hidalgo (CITNOVA). Y gracias a la financiación de los siguientes proyectos: Proyecto FUAM 500063: Determinación de la capacidad complejante de los lignosulfonatos (LS). Financiado por Tembec Innovation, Francia. Proyecto AGL2013-44474-R: ”Correctores biodegradables de deficiencias de Fe, Mn y Zn. Nuevos diseños y técnicas de evaluación” Financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad. Proyecto RTI2018-096268-B-I00: “Nuevos fertilizantes de micronutrientes y bioestimulantes: criterios de eficacia y mecanismos de acción”. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Proyecto AGRISOST-CM S2018/BAA-4330. “Tecnología destinada a la sostenibilidad de los sistemas agrícolas”. Financiado por la Comunidad Autónoma de Madrid y por el Fondo Social Europeo (FSE) y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) para el período de programación 2014-2020.Subjects
Fertilizantes orgánicos - Tesis doctorales; Productos naturales - Tesis doctorales; QuímicaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Agrícola y Bromatología. Fecha de lectura: 21-11-2019Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 21-05-2021
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
Las deficiencias de micronutrientes en suelo calizo son un problema nutricional común en cultivos sensibles. La aplicación de quelatos sintéticos es la práctica más eficiente para afrontar este problema, pero el riesgo ambiental causado por su efecto recalcitrante y su capacidad para movilizar metales pesados han promovido la búsqueda de alternativas biodegradables y de bajo costo. El uso de lignosulfonato (LS), heptagluconato (G7) o gluconato (G6) tiene un bajo impacto ambiental, pero en la mayoría de los casos son menos efectivos que los quelatos debido a su baja estabilidad. Es por ello que se necesita profundizar en los factores relacionados con la eficacia de estos complejos.
En esta Tesis doctoral, se evaluaron los parámetros fisicoquímicos que influyen en la eficacia de los complejos de LS, G7 y G6 para proveer los micronutrientes Fe, Mn y Zn a los cultivos mediante técnicas de caracterización química y ensayos biológicos. Los complejos de Fe, Mn y Zn fueron analizados tanto por técnicas espectroscópicas como por cromatografía de filtración en gel (GFC) y cromatografía de exclusión por tamaño de alta resolución (HPSEC). La capacidad de los complejos G7 y G6 aplicados en diferentes relaciones de metal:ligando para proveer Fe o Mn a plantas deficientes fue evaluado y comparado con agentes quelantes sintéticos como HBED y EDTA, bajo condiciones de hidroponía y suelo calizo.
La caracterización fisicoquímica demostró que la eficacia de los complejos depende de varios factores, tales como: 1) el tipo de metal complejado, 2) el tipo de ligando, 3) los grupos funcionales presentes en la estructura del ligando, 4) la distribución del peso molecular en la formación del complejo y 5) la ionización de los grupos funcionales y los sitios de unión, los cuales a su vez dependen del pH. El fraccionamiento de los complejos de Fe(III) por GFC y HPSEC indicó la formación de compuestos de alto peso molecular como resultado de la presencia de estructuras polinucleares de Fe(III), mientras que para los complejos de Mn(II) y Zn(II) no se observó formación de agregados. Los ensayos biológicos demostraron que el G7 presenta una mayor eficacia como fertilizante que el G6 para proveer Fe y Mn a planta, tanto en hidroponía como en suelo, y una alternativa biodegradable a los quelatos sintéticos formados con EDTA y HBED. Además, la capacidad fertilizante de los complejos de G7 depende de la relación metal:ligando y de la dosis aplicada.
Así por tanto, esta tesis contribuye a mejorar el conocimiento en la selección de los ligandos y los factores que influyen en su aplicación como fertilizantes, especialmente bajo condiciones de suelo caliz Micronutrient deficiencies are a common nutritional problem of sensitive crops grown in calcareous soil. The application of synthetic chelates is the most efficient practice to overcome this problem, but the environmental risk caused by their recalcitrant effect and capacity to mobilize heavy metals has promoted the search of biodegradable, low-cost and environmental-friendly alternatives. The use of lignosulfonate (LS), heptagluconate (G7) or gluconate (G6) has a low environmental impact, but in most cases, they are less effective than chelates due to its low stability. Therefore, it is necessary to investigate the factors involved in its efficacy.
In this Doctoral Thesis, the physicochemical parameters that influence the efficacy of the complexes of LS, G7 and G6 to provide Fe, Mn and Zn to crops were evaluated by means chemical techniques of characterization and biological assays. Complexes of Fe, Mn, and Zn were analyzed by spectroscopic techniques, along with gel filtration chromatography (GFC) and high-performance size exclusion chromatography (HPSEC). The ability of G7 and G6 complexes at different metal:ligand ratios to provide Fe or Mn to deficient plants was evaluated and compared to the chelating agents HBED and EDTA under hydroponics and calcareous soil conditions.
The physicochemical characterization pointed out that the efficacy of the complexes depends on several factors such as 1) the type of complexed metal, 2) the ligand type, 3) the functional groups present in the structure of the ligand, 4) the molecular weight distribution in the complex formed, and 5) the pH-dependency of the ionization of the functional groups and the binding sites. The fractionation by GFC and HPSEC indicated the formation of high molecular weight compounds in the Fe (III) complexes as a result of the Fe (III) polynuclear structures formed, whereas the Zn (II) and Mn (II) complexes did not form aggregates. The biological assays demonstrated that the G7 presented a higher efficacy as fertilizer than G6 to provide Fe and Mn in hydroponics and calcareous soil, and a biodegradable alternative to synthetic chelates as those formed with EDTA and HBED. Besides, the fertilizer capacity of the G7 complexes depended on the metal:ligand ratio and the dose applied.
Therefore, this thesis contributes to improving the knowledge in the selection of the ligands and the factors that influence its application as fertilizers, especially under calcareous soil condition
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