Características del Humus

El uso del suelo, al igual que la ubicación geográfica modificaron las características del humus (Figura 1). En los espectros de absorción, las longitudes de 450 a 496 nm, definieron la existencia de moléculas que inician el proceso de humificación y provienen de moléculas sencillas (azúcares o carbohidratos) (^{Markiewicz et al., 2018}). Los contenidos de carbono en ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) y huminas mostraron diferencias significativas (Tukey P < 0.05), entre sitios geográficos y usos de suelo, lo que indicó cambios del proceso de humificación y estructura molecular de las SH. El mayor porcentaje de carbono en AH se encontró en chinampas de Tláhuac y pastizal mientras que en las chinampas abandonadas y de SGA fueron más abundantes los contenidos de carbono en AF y huminas, por tanto hubo menor complejidad molecular en el humus de estos últimos suelos (Figuras 2A y 2B). ^{Wiesmeier et al. (2019)}, reportaron mayor acumulación de carbono en pastizal o bosque que en suelos agrícolas. Sin embargo en las chinampas hubo mayor contenido de carbono en suelos abandonados y cultivados (agrícolas) que en suelos de pastizal con diferencia significativa (Tukey P < 0.05), (Cuadro 1). Lo cual se atribuyó tanto al manejo y origen antrópico como al ambiente circundante. Se ha reportado que las características del humus se relacionan con ambientes y moléculas precursoras (Wu et al., 2017), en las chinampas la formación de humus debe estar asociada al ambiente lacustre y a moléculas precursoras como azúcares, ligninas o celulosa que provienen principalmente de lodos, estiércoles y compost (^{Xiao-Xia et al., 2019}). En todos los suelos estudiados, hubo mayores contenidos de carbono en huminas que en AH y AF (Figuras 2A, 2B), este comportamiento, también lo señalaron ^{Wiesmeier et al. (2019)}, en suelos agrícolas o forestales, donde la fracción dominante, de las sustancias húmicas, fueron huminas (más de 40%), lo que implicó en ambos casos, presencia de materiales insolubles con dominio de cadenas alifáticas de carbohidratos lípidos, ceras, así como de carbohidratos tipo celulosa (^{Hayes et al., 2017}). Los índices E₄/E₆ con menores valores se encontraron en suelos de pastizal y Tláhuac (Figura 2C, 2D) e indicaron, que hubo mayor aromaticidad molecular en el humus de estos sitios.

Figura 1:  Espectros visibles de AH en suelos de chinampa (A) por uso de suelo; (B) por sitio geográfico. Figure 1: Visible spectra of humic acid in chinampa soil (A) by land use; (B) bygeographic site. 

Figura 2:  Carbono de SH en chinampas por sitios geográficos (A) y uso de suelo (B). Índice (E4/E6) de evolución del humus por sitios geográficos (C) y uso de suelo (D). Literales a, b, c en paréntesis definen diferencia significativa (Tukey P < 0.05). Figure 2: Carbon in humic substances in chinampas by geographic site (A) and land use (B). Index (E4/E6) of evolution of humus by geographic site (C) and land use (D). The letters a, b, c in parentheses indicate significant difference (Tukey P < 0.05). 

Los rangos de carbono (Cuadros 1 y 2), cercanos a 30 g 100 g^-1, en las chinampas estudiadas son parecidos a mejoradores orgánicos como el compost o estiércoles, e implican rápida degradación, siempre que existan rangos de temperatura entre 10 y 30 ºC y humedad entre 40 y 70% (^{Zanella et al., 2018a}).

Las zona con mayor contenido promedio de carbono en suelo fue SGA y la de menor Xochimilco. Las relaciones C/N mostraron diferencia significativa (Tukey P < 0.05) entre sitios y usos de suelo y fueron mayores en SGA y suelos abandonados, por tanto mayor reserva de carbono en estos lugares. Sin embargo en todos los suelos de chinampa la relación C/N, definió mayor proceso de humificación que de mineralización, a pesar de que los contenidos de nitrógeno (> 0.6 g 100 g^‑1 suelo) son muy altos, según la NOM 021, lo que se debió a la gran cantidad de carbono proveniente de lodos y mejoradores orgánicos (estiércol y compost), (Cuadros 1 y 2).

Los suelos de chinampas se clasifican como Antrosoles por las características de construcción, con acumulación de sedimentos lacustres, así como manejo con uso de residuos agrícolas, estiércoles y compostas (^{FAO, 2014}). Las chinampas permanecen sobre remanentes del Lago Xochimilco-Chalco (Cuenca de México), cerca de canales con agua, por lo que permanecen inundados y el nivel freático es bajo. Con base en la construcción y características ambientales y agrícolas de las chinampas, el humus es Hidro Agro Mull con biomicroestructura (amiA) o sistemas humus vertedero (^{Zanella et al., 2018a}, ^b ). Mientras que los resultados encontrados en las fracciones húmicas con proporciones dominantes de humina, así como, los porcentajes de carbono en AH e índices E₄/E₆ (3 y 4.5), (Figura 2), ubicaron al humus dentro del tipo mull terrestre, lo que también señalaron ^{Reyes-Ortigoza y García-Calderón (2004)}.

Características de la Actividad Enzimática

En los sitios geográficos estudiados, los valores promedio de actividad enzimática (Cuadro 3), excluyendo ureasa y glucosidasa, mostraron diferencias estadísticas (Tukey P < 0.05). En Tláhuac siempre fueron menores los valores, excepto para ureasa. La actividad de deshidrogenasa, fue de valores más contrastantes, tuvo diferencias significativas (Tukey P < 0.05) y mostró la siguiente relación Xochimilco > SGA > Tláhuac. Esto implicó cambios en la población microbiana, puesto que la deshidrogenasa, se encuentra solamente dentro de células e indica presencia de microorganismos vivos, el resto de enzimas se ubican tanto en células como en la solución del suelo (^{García et al., 2003}).

En los usos de suelo estudiados, los valores promedio de actividad enzimática, excepto glucosidasa y sulfatasa, fueron menores en las chinampas abandonadas (Cuadro 4). La deshidrogenasa se consideró más sensible e indicadora, de los cambios, por su mayor actividad y las diferencias estadísticas (Tukey P < 0.05). En los suelos cultivados hubo más actividad de enzimas hidrolíticas (ureasa, fosfatasa y sulfatasa), con diferencia significativa (Tukey P < 0.05), en las dos últimas, por tanto la liberación de fosfatos y sulfatos, quizás estuvo asociada al frecuente uso de fertilizantes y mejoradores orgánicos en chinampas dedicadas al cultivo. En los suelos de pastizal se encontraron valores más altos en deshidrogenasa y catalasa, lo que implicó actividades microbianas mayores en estas chinampas, esto se atribuyó, a la existencia de múltiples raíces en pastos (^{Wiesmeier et al., 2019}). Además en la zona chinampera, la fosfatasa reportada como muy sensible a cambios medioambientales (^{Guangming et al., 2017}), mostró de manera más clara diferencias con respecto a su ubicación geográfica y uso de suelo (Cuadros 3 y 4).

La actividad de catalasa cambia con la fertilidad y actividad microbiana del suelo, participa en la oxigenación durante la respiración aerobia (^{Trevors, 1984}). Mientras que la deshidrogenasa indica los cambios redox microbianos y la degradación inicial de la materia orgánica (^{Ross, 1972}), por lo que la mayor actividad de estas enzimas en chinampas con pastizal (Cuadro 4) pudo relacionarse con la existencia de moléculas jóvenes que inician el proceso de humificación (longitudes de onda 450-465) (Figura 1), además de que los pastizales tienen riqueza de carbono y diversidad de microorganismos (^{Yerena-Yamallel et al., 2014}).

Actividad Enzimática-Humus

La ureasa es una enzima tipo hidrolasa que se asocia a disponibilidad de nitrógeno, como ya se mencionó en chinampas está por arriba de 0.6% (Cuadros 1 y 2), sobre todo en San Gregorio Atlapulco, aunque no se observa diferencia clara entre contenidos de nitrógeno y usos de suelo (Cuadro 2), se ha reportado que en pastizales se puede acumular y conservar por su mayor cantidad de raíces (^{Piñeiro et al., 2010}). La urea es de los fertilizantes más aplicados en zonas agrícolas de estas chinampas, sobre todo en San Gregorio Atlapulco. La actividad de ureasa se ha reportado más dependiente del tipo de materia orgánica que del contenido (^{Pancholy y Rice, 1973}), por tanto la baja actividad de ureasa en pastizales de estas chinampas se asoció a la mayor complejidad de sus sustancias húmicas (Figuras 1 y 2). Se ha señalado que las fracciones de ácidos húmicos del suelo son muy importantes para la estabilidad y actividad de la ureasa (^{Marzadori et al., 2000}). La baja actividad de ureasa, en todos los usos de suelo y sitios geográficos estudiados (Cuadros 3 y 4), pudo asociarse a la formación de complejos entre está enzima y el humus (^{Guangming et al., 2017}). ^{Ceccanti et al. (2008)}, explicaron, como la complejidad de la materia orgánica afecta la actividad enzimática, encontraron gran variedad de complejos humus-enzimas que forman barreras biológicas y protegen contra la degradación. Por ello concluyeron que el contenido de carbono en las sustancias húmicas refleja la inmovilización y resilencia potencial de las enzimas. Así también ^{García et al. (2016)}, encontraron que si el humus del suelo es más estructurado con proporción importante de carboxilos, alcoholes y fenoles existe alta capacidad de inmovilización de las enzimas.

En la diferentes zonas chinamperas hubo relación inversa entre actividad enzimática y evolución del humus, (Figuras 1, 2, Cuadro 3), en Tláhuac la evolución de humus fue mayor y la actividad enzimática menor, lo que implica mayores reservas de carbono y menor disponibilidad de nutrientes. Mientras que en San Gregorio Atlapulco, Xochimilco y chinampas cultivadas, hubo mayor actividad enzimática y menor evolución del humus, por lo que la disponibilidad de nutrientes debe ser mayor y las reservas de carbono menores (Figuras 1, 2, y Cuadros 3, 4). Sin embargo las zonas de Pastizal presentaron otro comportamiento pues en pastizal hay alta actividad enzimática y evolución del humus (Figuras 1, 2 y Cuadro 4) mientras que en las zonas abandonadas hay baja evolución del humus y baja actividad enzimática, esto definiría equilibrio entre el proceso de humificación-mineralización en estas últimas zonas.

Características de Salinidad

La salinidad se asoció al sitio geográfico y uso de suelo, los valores de pH, superiores a 8, así como los máximos contenidos de carbonatos, bicarbonatos y sulfatos se encontraron en Tláhuac y en las zonas de pastizal (Cuadros 5 y 6). Entre sitios las diferencias más significativas (Tukey P < 0.05), estuvieron asociadas a los valores de CE y sodio soluble, este último fue muy alto en SGA atribuible a la variabilidad entre suelos de la zona con condiciones extremas. En cuanto a los iones intercambiables la mayoría fueron más altos en Tláhuac y en pastizal a excepción del potasio (Cuadros 7 y 8). Lo que implica mayor problemática de sodio en la zona de Tláhuac y los suelos con uso de pastizal. En sodio soluble e intercambiable y PSI hubo diferencias significativas (Tukey P < 0.05) entre zonas y usos de suelo (Cuadros 5 a 8).

Con base en los valores promedio de CE, PSI y pH, los suelos de San Gregorio Atlapulco, Xochimilco y los cultivados son salinos, mientras que los de Tláhuac, los abandonados y de pastizal son salino sódicos (Cuadros 7 y 8).

Salinidad - Evolución Humus

La salinidad no tuvo correlaciones con la evolución del humus, puesto que las zonas de Tláhuac y pastizal fueron las más contaminadas por sales (Cuadros 5 a 8), sin embargo mostraron más porcentaje de carbono asociado a SH complejas (Figura 2). Esto se atribuyó a los altos contenidos de carbono de 10 a 30 g kg^-1 en la zona (Cuadros 1 y 2).

Salinidad - Actividad Enzimática

En cuanto a actividad enzimática y salinidad (Cuadros 3, 5 y 7), no hubo correlaciones, debido a que el comportamiento entre sitios fue diferente, en Tláhuac hubo mayor salinidad pero baja actividad enzimática, mientras que en SGA y Xochimilco, algunas enzimas fueron más activas y ciertos iones salinos se comportaron de forma irregular. Por otro lado, en chinampas con pastizal hubo alta salinidad pero enzimas intracelulares como la catalasa y deshidrogenasa tuvieron actividad (Cuadros 4, 6 y 8). Esto coincide con algunos trabajos reportados, donde hubo respiración del suelo sin correlación con la salinidad o conductividad eléctrica (^{Rietz y Haynes, 2003}). También se ha encontrado que la sensibilidad de las enzimas a la salinidad es irregular, por ejemplo ureasa, fosfatasa alcalina y glucosidasa fueron inhibidas por la salinidad, pero no deshidrogenasa y catalasa (^{Pan et al., 2013}). La explicación fue asociada a la capacidad de los microorganismos halofitos de acumular osmolitos (sales inorgánicas) y adaptarse a condiciones de estrés (^{Sagot et al., 2010}). También a alteraciones, por la presencia de sales, en comunidades fúngicas pero no en bacterianas (^{Yan et al., 2015}). Por tanto en las chinampas debe haber gran diversidad de bacterias que pudieron resistir la salinidad y hacer sus funciones de forma normal, por lo que no se vieron cambios marcados con respecto a la concentración de iones salinos en las actividades enzimáticas.

En las chinampas, deben existir microorganismos con adaptaciones a la salinidad y cambio de la estructura microbiana, así como formación de complejos humus-enzimas, por la alta incorporación de mejoradores orgánicos, esto influyó y enmascaro el efecto de la salinidad sobre la actividad enzimática.

Otra explicación, del efecto salinidad casi nulo, podría estar asociado a la presencia de diferentes porcentajes de humedad en el suelo, puesto que el contenido de agua en chinampas no es constante, por la cercanía de manto freático y los períodos de sequía, siempre cambian de acuerdo al tiempo y el espacio, esto afecta la disponibilidad de sales y nutrientes a plantas y microorganismos. La humedad del suelo y su distribución en el perfil es dependiente de la estación del año, de la precipitación, de la irrigación y de la temperatura (^{Jin et al., 2013}).

^{Nannipieri et al. (2003)}, concluyeron que no siempre existe relación directa, entre diversidad microbiana y funcional (actividad enzimática y descomposición de materia orgánica).Esto se apreció en los suelos de chinampas donde las diferentes concentraciones de sales no mostraron relaciones precisas con la actividad enzimática ni con los procesos de humificación.