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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

INFORME PARCIAL 2008 DEL PROYECTO: El lombricomposteo como alternativa para eliminación de

atrazina y acrilamida en suelos y biosólidos.

Claves de registro

20080831

Dra. Marina Olivia Franco Hernández

Profesores Participantes Dr. Luc Dendooven.- Cinvestav

Dra. Ma Eugenia Gutiérrez Castillo.- CIEMAD QFB.- Lourdes Rivera Moreno.- UPIBI

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Introducción:

Herbicida en el suelo

En la figura 1 (Correa, 1980), presenta un esquema de los posibles viables a seguir por

un herbicida cuando llega al suelo. Por ejemplo, un herbicida se puede perder por

lavado, por degradación del suelo, o ser absorbido por los cultivos. El periodo en que

un pesticida es de gran importancia práctica, ya que requiere el tiempo en que la

plaga o peste estará sometida a control, afectando también la polución del ambiente:

acumulación en porciones comestibles de las plantas, en corrientes de agua,

transporte de pájaros vía lombrices, etc.

Fig. 1.- Esquema del comportamiento de un pesticida en el suelo

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Antecedentes históricos

En Alemania el uso de atrazina esta restringido, principalmente porque este

plaguicida esta clasificado como un posible producto cancerígeno en humanos.

Además, sea señalado que una dosis de 0.03g/l causa un dramático incremento en el

grado de saturación de los ácidos grasos en las membranas celulares. Asimismo la

atrazina esta considerada como un plaguicida que presenta una moderada movilidad

encontrándose frecuentemente en el subsuelo, mantos freáticos aguas profundas y

agua potable (Ruiz, 2001).

Ruiz, en 2001, de la Universidad de Colima, Doctorado en ciencias, realizó una tesis

llamada “Efecto de niveles de abono verde sobre la degradación de atrazina el suelo

agrícola no esterilizado y esterilizado”.

El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la incorporación de Abono

verde (AV) sobre las propiedades químicas del suelo, la microflora nativa y la

degradación y mineralización de la atrazina.

El diseño experimental utilizado fue completamente al azar con arreglo trifactorial y

tres repeticiones que consistió en un suelo no esterilizado y suelo esterilizado

contaminado con atrazina, mezclado con diferentes niveles de abono verde (AV): 0,

20, 30 y 40 Ton/ha e incubando en columnas de PVC dependiendo de la variable

estudiada.

Los resultados indican que a los 15 días de incubación, la atrazina en un suelo no

esterilizado y suelo esterilizado se mineralizo 3-9%, excepto en l suelo esterilizado sin

(AV) con solamente 1.58%. Este valor a los 30 días aumento con la incorporación de

40 ton/ha de (AV) en el suelo no esterilizado en un 14.4% y en el suelo esterilizado

un 12.25%.

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A través de la lixiviación, a los 30 días de incubación en el suelo no esterilizado con 40

ton/ha se detecto 2.54 ppm de atrazina y en un suelo esterilizado fue de 2.60 ppm.

A los 120 días la incorporación de 30 y 40 ton/ha de AV estimulo la actividad

microbiana nativa del suelo medida como CO2, C, N y en consecuencia la relación

C/N, así como la mayor densidad de la población microbiana. Concluyeron que es

necesaria la incorporación de abono verde de 30 y 40 ton/ha para la mineralización

(bioremediación) de la atrazina en un suelo agrícola.

En el proyecto de Sánchez, (2007) llamado “vermicomposta de desechos de verdura

en la recuperación de un suelo contaminado con atrazina”, se comprobaron los

efectos de la vermicomposta en la degradación de la atrazina, tomando como base su

riqueza nutrimental y la carga microbiana que aporta al suelo. Para este estudio se

utilizó un suelo agrícola dedicado a cultivo de maíz, avena y garbanzo, ubicado en el

municipio de Jilotepec, Edo. de Méx. que comúnmente utiliza la atrazina para el

control de “malezas”.

Palacios, (2005) realizó un trabajo titulado “remocion de atrazina de suelos

contaminados utilizando reactores de suelos activados”. Utilizó diferentes tipos de

reactores, todos en una incubación de 0, 4, 7, 15 días a 30 ºC contaminándolo con

300(mg/kg de suelo) de atrazina. Diseñó distintos reactores los cuales fueron un

reactor de control abiótico, biológico, tratamiento aerobio con sacarosa y sin sacarosa,

tratamiento anaerobio con sacarosa y sin sacarosa.

Estos reactores se mantuvieron en agitación continua y su metodología ocupada fue

una extracción liquido-liquido y sólido-liquido y el método de cromatografía.

Palacios, (2005) menciona que el reactor mas eficiente para la remoción de atrazina

fue el reactor de suelo activado aerobio, con fuente de carbono extra (sacarosa),

debido a que presento un menor tiempo de remoción a los demás, en el 4 día removió

97.56% de atrazina, donde el pH no presento variación considerable, ya que se

mantuvo en un rango neutro de pH durante todos los tratamiento.

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Bidet et al, en 2006 en su trabajo titulado “Macrofauna y lombrices en la

mineralización y adsorción en suelos arcillosos limosos”, demostró que la función de

las lombrices de tierra mejoraban la degradación de la atrazina o si estas ayudaban al

incremento de la persistencia del herbicida por la adsorción. Por ello utilizaron

macroporos con tubos de PVC de un diámetro interior de 9.4 cm y una profundidad

de 15 cm donde en cada microporo colocaron 1 kg de suelo secado al aire y tamizado

previamente; realizarón 4 tratamientos y cada uno se realizarón por 6 repeticiones los

cuales fueron:

• Suelo con atrazina y lombrices de tierra

• Suelo con atrazina sin lombrices de tierra

• Suelo con lombrices de tierra sin la atrazina

• Suelo sin atrazina y lombrices de tierra

Cada tratamiento fue incubado durante 43 días y 86 días donde el primer efecto

causado por la atrazina, se demostró que probablemente se redujo el efecto neto sobre

las lombrices de la mineralización de C en los suelos tratados con la atrazina, en los

microporos del suelo lo que aumento significativamente la actividad microbiana del

suelo y la reducción de la mineralización de la atrazina, a través de la producción de 14CO2-C sin lombrices por 15.2% y con lombrices un 11.7% de los 86 días.

Bidet et al, concluyeron que las lombrices de tierra facilitaron la adsorción en el suelo

limoso; especialmente dentro de los micrositios de suelos ricos en C que estos

produjeron; también la adsorción de la atrazina para estos micrositios reducen la

biodisponibilidad de atrazina para microorganismos del suelo que dieron como

resultado la reducción de la degradación. Y por ultimo concluyeron que el efecto de

las lombrices de tierra la mineralización de atrazina depende del tiempo y nos dice

que la mineralización fue mayor en un plazo de 43 días y posteriormente se redujo a

mediano plazo (86 días); y la adsorción mas alta del herbicida fue en los intestinos de

las lombrices y en sus madrigueras.

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2. Problemática

El problema principal de estos compuestos es que son resistentes a la biodegradación,

por lo cual se acumulan y persisten en el ambiente y perjudican tanto a los seres

vivos, entre ellos el ser humano.

La grave problemática ambiental que existe con los plaguicidas puede clasificarse en

varios niveles a tratar:

1. Intoxicaciones agudas sobre todo en la población ocupacionalmente expuesta.

2. Exposición crónica indirecta de la población general, a través del aire, el agua

y los alimentos contaminados con residuos de plaguicidas.

3. Introducción de los plaguicidas a las cadenas tróficas así como su alteración

ecológica. Desarrollo de mecanismos de resistencia en las plagas agrícolas y en

vectores transmisores de enfermedades.

Los plaguicidas son usados desde hace años por su eficacia en el control de malezas,

por su toxicidad, pone en peligro la salud humana en ciertas condiciones son capaces

de afectar a los animales y el medio ambiente.

3. Justificación

Se han realizado muchos trabajos con respecto a la degradación de atrazina, sin

embargo todavía hay muchas interferencias en la medición de este compuesto y

también el pH y tipo de suelo afectan la extracción y la degradación de ésta. En el

trabajo realizado por Sánchez-Balvas en 2007, se encontró que la atrazina en un suelo

franco arcillo arenoso, se degradaba hasta un 60% en 28 días de incubación, con

adición de 50% de vermicomposta a temperatura ambiente. La velocidad de

descomposición fue de 1.38 ug de atrazina por día, posteriormente la concentración se

mantuvo constante, por lo que se propuso para un trabajo posterior, realizar una

segunda adición de vermicomposta después de los 28 días de incubación con el fin de

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incrementar la degradación. Por otra parte el % de recuperación que Sánchez obtuvo

de atrazina, fue de 46%. Por lo que en el presente trabajo aparte de incrementar la

degradación de éste herbicida, se espera mejorar el método de análisis y en caso de

ser necesario el método de extracción.

8 Objetivos

8.1 Objetivo general:

Realizar un tratamiento combinado de bioaumentación y bioestimulación en

pilas de suelo de Jilotepec contaminado con atrazina, mediante la adición de

vermicomposta en dos etapas y evaluar la degradación de esta.

9 Metodología

Para este estudio se utilizará un suelo agrícola dedicado a cultivo de maíz, avena y

garbanzo, ubicado en el municipio de Jilotepec, Edo. de Méx. que comúnmente utiliza

la atrazina para el control de “malezas”.

Muestreo de suelo

Las muestras se colectaron de dos parcelas dedicadas al cultivo de granos básicos (garbanzo, maíz, avena, cebada, haba) ubicadas en el municipio de Jilotepec, Edo. de Méx. (Figura 3). El municipio se localiza en la zona noroeste del Estado de México, en las coordenadas 99º26’37’’ mínima y 99º44’02’’ máxima de longitud oeste; 19º52’02’’ mínima y 20º12’43’’ de latitud norte. Limita al norte con el estado de Hidalgo, al sur con los municipios de Chapa de Mota y Timilpan, al sureste con Villa del Carbón, al este con Soyanilquilpan de Juárez y el estado de Hidalgo, y al oeste con Polotitlán, Aculco y Timilpan. La altura es de 1,670 metros sobre el nivel del mar.

El clima de la región está clasificado dentro del grupo de subclimas templados mesotérmicos; su temperatura oscila entre los 14ºC. La precipitación pluvial media anual es de 700 y 800 milímetros, con 288 días libres de heladas (www.inegi.com.mx).

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Figura 3: Ubicación del municipio de Jilotepec, Edo. de Méx. Fuente: www.inegi.com.mx

El muestreo se realizó al azar en forma diagonal y con la ayuda de una pala se tomaron tres muestras de 5 Kg, de cada sitio, a una profundidad de 20 cm, las cuales se mezclaron y se formó una muestra compuesta de suelo. Las muestras de suelo fueron transportadas hasta el laboratorio, donde se secaron a temperatura ambiente durante 48 hr y posteriormente se tamizaron con una malla de 2 mm de diámetro. Finalmente se almacenó en un recipiente de plástico, cerrado a temperatura ambiente (NOM-021-RECNAT-2000) hasta su análisis.

Figura 4. Muestreo de suelo.

Caracterización fisicoquímica y microbiológica del suelo de Jilotepec, Edo. de México y de la vermicomposta de desechos de verdura.

Determinación de Nitrógeno total por el Método de Keldhal (Brenmer 1996)

Técnica para la determinación de Amonio (Primo Yúfera E. Y Carrasco

Dorrién J.M, 1973)

Técnica para la determinación de Nitratos (Primo Yúfera E. Y Carrasco

Dorrién J.M, 1973).

Técnica para la determinación de Fósforo soluble (Watena y Olsen 1965).

M1

M2

M3

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Conductividad (Primo Yúfera E. y Carrasco Dorrién J.M, 1973).

Determinación de pH (Thomas, 1996).

Capacidad de intercambio catiónico (Jackson y Colaboradores 1986).

Determinación de Textura Método Bouyoucos (Gee y Bauder 1986).

Determinación de Salmonella (NOM-0.004 SEMARNAT-2002)

Determinación de coniformes fecales (NOM-0.004 SEMARNAT-2002)

9.1 Obtención de la vermicomposta

• Recolección de frutas

• Pretratamiento de frutas con biosólidos (fermentación aerobia de 20 a 30 días).

• Formación de las camas de composteo

Sustrato pretratado con adición de lombrices (producción continua).

9.2 Estrategia experimental para la eliminación de atrazina en un suelo

agrícola.

1 suelo

4 tratamientos

Suelo contaminado con herbicida (control).

Suelo con biosólidos

Suelo con Vermicomposta de residuos de frutas

Suelo con Vermicomposta de residuos de frutas y biosólidos

1 tiempo

3 replicas

Total =12 pilas

9.3 Pretratamiento de los desechos orgánicos

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Para la obtención de la vermicomposta primero se realizo el precomposteo o

pretratamiento de residuos de frutas los cuales son recolectados del tianguis de

Laguna Ticomán, los cuales fueron pesados y triturados; también se recolecta

biosólidos para la vermicomposta la cual fueron muestreados de una planta de

tratamiento de aguas “Reciclagua” que se encuentra en Toluca los cuales nos

proporcionaron biosólido.

A este precomposteó se le adicionaron biosólidos y residuos de frutas en las

cantidades que se muestran en la tabla 3. Donde el biosólido se encuentra en una

proporción del 50% con respecto a los residuos de frutas.

El precomposteó duro aproximadamente 20 días para el seguimiento de la

vermicomposta.

Tabla 3. Proporción de compuestos para el pretratamiento

9.4 Extracción e identificación de atrazina y productos de degradación

Se realizará la extracción de la atrazina con Metanol y el extracto libre de ácidos

húmicos se analizará su absorbancia en un cromatógrafo de líquidos con las

siguientes condiciones:

HPLC VARIAN 220

Longitud de onda (λ): 222.2 nm (Amador, et al ., 2005)

Disolvente: Metanol

Flujo: 1mL/min.

Columna C-18

Tiempo de corrida: 5 minutos.

PRECOMPOSTEO Cantidad (Kg)

Residuos de frutas 20 Biosólido 10

11

9.4.1 Extracción por sonicación

A las muestra antes y después del tratamiento del composteo se peso 10g de suelo-

seco, se les adicionó 4 ml de acetato de Amonio (NH4C2H3O2) 2 M, el cual sirve para

sedimentar los ácidos húmicos y fúlvicos; estos se llevaron a sonicar durante 20 min.

Posteriormente se dejaron reposar y se decantaron para obtener la fase líquida y

sólida.

En las muestras tanto la fase sólida y líquida, se les adicionó 20 mL de cloroformo se

mezcló y se filtro hasta sequedad, por ultimo se adicionó metanol.

Posteriormente las muestras de ambas fases se inyectaron al cromatógrafo de líquidos

de alta resolución (HPLC VARIAN 220).

9.4.2 Porcentaje de recuperación

Para evaluar la técnica de extracción por este método se realizó una serie de muestras,

cada una con 1g de suelo los cuales se llevaron a esterilizar; donde se le adicionó 30µg

de atrazina contenidos en 0.5 mL de agua; y se realizo la técnica de extracción

mencionada en el punto 9.4.1 una ves obtenidas las muestras se inyectaron en el

cromatógrafo.

Para obtener este porcentaje de recuperación se utilizó la expresión matemática

obtenida en la curva tipo.

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10 ANALISIS Y RESULTADOS

10.1 Textura del suelo

En el suelo de Jilotepec Edo. de Méx., se determino la textura por el método de

Bouyoucos, y de acuerdo a los porcentajes obtenidos de limo, arcilla y arena se

obtuvo una textura franco arcilloso arenosa, como se muestra en la fig. 9, (Ruiz, 2001)

que cuando un suelo es mas arcilloso tiene la capacidad de adsorber por tiempo a los

herbicidas (atrazina), por lo cual se dice que este suelo es mas afín por el herbicida y

por lo tanto a retenerlo más tiempo. Arena 48%, Arcilla 28% y limo 24%.

10.2 Obtención de la vermicomposta

Para obtener la vermicomposta, después del precomposteo ya mencionado en el

punto 9.3, se mezclaron los desechos de fruta y Biosólidos en una proporción de 50%

y se incubaron durante 20 días; después de este tiempo se adicionaron 453 g de

lombriz Roja Californiana (Eisenia foetida), durante el vermicomposteo se monitoreo

la temperatura durante 11 semanas (figura 5), también se evaluó el pH en ese mismo

tiempo, observando que casi siempre se mantuvo en un valor de pH neutro (pH = 7).

En general la temperatura presentó una variación de acuerdo a la temperatura del

medio ambiente, debido a que las camas de composteo se encuentran al aire libre. Sin

embargo, se puede observar una diferencia en los últimos datos donde la temperatura

de la composta es mayor a la temperatura del medio, esto fue debido a que en los días

más fríos, los tratamientos de composteo se cubrieron con plástico, impidiendo que la

temperatura bajara drásticamente.

Figura. 5 Variaciones de temperatura en el vermicomposteo de residuos de frutas.

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10.3 Características fisicoquímicas y microbiológicas de suelo, biosólido y

residuos de frutas.

Se analizaron los residuos de frutas, biosólidos y el suelo de Jilotepec de Edo. de

México, los resultados de las pruebas fisicoquímicas se compararon antes y después

de cada tratamiento. En las tablas 4, 5 y 6 que se muestran los resultados de cada uno

de los compuestos utilizados en la vermicomposta y se comparan con lo reportado

por Sánchez B, (2007) y por la NOM-021-RECNAT-2000 ya que en la actualidad no

hay una normatividad que caracterice a la vermicomposta.

La composición general de los residuos de frutas es en un gran porcentaje carbono y

en una menor concentración compuestos de nitrógeno y fósforo. En la tabla 4 se

puede observar que efectivamente las concentraciones de nitrógeno total es bajo y

carbono orgánico es medio de acuerdo con lo reportado por la NOM-021 (2000), con

respecto a nitrógeno amoniacal y nitratos la norma no los reporta en forma individual

solo como nitrógeno inorgánico que es la suma de amonio, nitratos y nitritos; por lo

que no se compararon estos resultados. La relación carbono nitrógeno es de 17 a 1, lo

cuál nos indica que hay deficiencia de nitrógeno, pudiéndose mejorar con la adición

de estiércol de vaca o caballo durante el proceso.

Tabla 4. Características fisicoquímicas de los Residuos de frutas

Parámetros Fisicoquímicos Resultados Sánchez, 2007 NOM-021-RECNAT-2000

ugN-NH4+/Kgss 0,359 NR NO-3(mg N-NO3/Kg ss) ND ND NR

NT ss (%) 0,091 NR BAJO ugP/KgSS ND 2.5 -

C. Orgánico (%) 7 NR Medio NR: No reportado ND: No detectado

Los resultados para el biosólido utilizado se muestran en la tabla 5. Comparando con

lo reportado por Guzmán (2007), los resultados de nitrógeno amoniacal fueron 5

veces mayores que los obtenidos en el presente trabajo, para nitratos fueron 10 veces

y fósforo y carbono orgánico no fueron reportados. Cabe mencionar que la

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concentración de estos compuestos en el biosólido, depende de los componentes que

se tengan en el agua que se trata en la planta de Reciclagua en Toluca, e inclusive

Reciclagua ha reportado que esta composición puede variar en gran proporción

diariamente o puede mantenerse constante, y esto depende a su vez de la actividad

de las industrias que envían sus aguas residuales a la empresa.

Tabla 5 Características fisicoquímicas del Biosólido de Reciclagua.

Parámetros Fisicoquímicos Resultados Guzmán, 2007 NOM-021-RECNAT-2000

mgN-NH4+/Kgss 177.01 1242. 8 NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 8.62 95.2 NR

NT ss (%) 0.725 NR Muy Alto mgP/KgSS 0.547 NR Bajo

C. Organico (%) 1.1 71.1 Bajo Ph 9 8.2 Moderadamente Alcalino

NR: No reportado ND: No determinado

En la tabla 6 se presentan los datos del suelo de Jilotepec, comparando con los

obtenidos por Sánchez en el 2007, se pueden observar diferencias entre los valores,

solo en la humedad se tiene el mismo porcentaje. Los valores reportados por Sánchez,

en cuanto a concentraciones nitratos, amonio y nitrógeno total, son más altos; esto

pudo deberse a que el suelo muestreado en este trabajo presentaba crecimiento de

plantas, las cuales tuvieron que ser removidas para eliminar efectos adicionales. Y en

el trabajo anterior, el suelo estaba recientemente arado, por lo que en nuestro caso

después del crecimiento de las plantas, los nutrientes disminuyeron en concentración

para ser aprovechados por ellas. Con respecto a los valores de humedad,

conductividad, pH y %CRA, los valores fueron muy similares a los reportados por

Sánchez. Este suelo es no es salino, de acuerdo a lo reportado con la norma 021 (2000),

resultando una característica benéfica ya que la adsorción de atrazina es menor .

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Tabla 6.- Parámetros fisicoquímicos del suelo de Jilotepec


mgN-NH4+/Kgss 83.85 27.6 NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 15.56 25.3 NR

NT ss (%) 0.261 NR Muy Alto mgP/KgSS 43.068 2.08 Alto

C. Orgánico (%) 6.4 1.6 Alto HUMEDAD (%) 14.31 14.42 NR

CONDUCTIVIDAD (dS/m) 0.55 0.271 No Salino

pH 5.4 4.9 Moderadamente Acido CRA (%) 55.94 110.76 Alto


Las pruebas microbiológicas que se realizaron solo al biosólido, fueron la Salmonella

sp, huevos de helminto, coniformes fecales y totales. Los resultados se pueden

observar en la tabla 7.

Es importante que en cualquier tratamiento, presente una buena calidad sanitaria, ya

que si no se tiene dicha calidad puede ser un foco de infección, por lo cual se

determinaron estas pruebas microbianas a los biosólidos ya que estos contienen una

gran cantidad de microorganismos patógenos.

No se encontraron huevos de helminto ni Salmonella, por lo tanto estos biosólidos

cumplen con este requisito, sin embargo de acuerdo a la concentración de coliformes

fecales la NOM-004 (2002), lo clasifica como tipo C, por lo tanto no se puede emplear

directamente sobre cultivos agrícolas. Sin embargo este biosólido pasó al proceso de

vermicomposteo para bajar esta cuenta microbiana.

Tabla 7.- Concentración de microorganismos patógenos en el biosólido de Reciclagua

Grupo Microbiano Resultados Sánchez, 2007

NOM- 004-SEMARNAT-2002

Salmonella sp 0 0 Clase A

Coliformes totales >11000 NMP/g 9 X107 NMP/g Clase C

Coliformes fecales 11000 NMP/g 53 X 104 NMP/g Clase C NR: No reportado ND: No determinado

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10.4 Características fisicoquímicas de la vermicomposta

Los resultados obtenidos en las vermicompostas se muestran en las tablas siguientes

y se comparan con lo reportado en la NOM-021-RECNAT-2000, y con los resultados

obtenidos por Sánchez, (2007).

En la tabla 8 y 9 podemos observar que las concentraciones de nutrimentos como el

fósforo orgánico y carbono orgánico están clasificados como muy altos, por lo que al

adicionarlo al suelo, se esta cumpliendo con el objetivo de la bioestimulación que es

adicionar nutrientes a los tratamientos; y por lo tanto los microorganismos podrán

cumplir su función y sintetizar las enzimas, necesarias para que lleven a cabo la

degradación del herbicida.

Las concentraciones de nutrientes de la vermicomposta de biosólido adicionada con

biosólido fresco fueron mayores (entre 20 y 70 veces) que las concentraciones de

nutrientes de la vermicomposta de residuos de frutas, esta última debido a que no se

empleó estiércol en su composición. Por lo tanto se esperaría obtener mejores

resultados en el suelo tratado con biosólidos que el suelo tratado con vermicomposta

de residuos de frutas.

Tabla 8.- Características fisicoquímicas de la vermicomposta con Biosólido


mgN-NH4+/Kgss 73.31 14.5 NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 587 485.4 ---

NT ss (%) 2.779 NR Muy Alto mgP/KgSS 233.54 74.88 Alto

C. Orgánico (%) 20.87 41 Muy Alto pH 8.6 9.4 Fuertemente alcalino


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Tabla 9 Características fisicoquímicas de la vermicomposta de 50% Residuos de frutas


mgN-NH4+/Kgss 1.622 1.01 NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 24 485.4 ----

NT ss (%) 1.641 NR Muy alto mgP/KgSS 9.848 74.88 Medio

C. Organico 17.5 41 Muy alto pH 7 9.4 Neutro


10.5 Resultados de los tratamientos del suelo contaminado con atrazina

Al terminar la producción de vermicomposta se realizaron los 4 tratamientos para el

suelo contaminado, estos fueron: suelo contaminado con herbicida (control), suelo

con 100% de vermicomposta de residuos de frutas, suelo con 50% de vermicomposta

de residuos de frutas y suelo con vermicomposta y con biosólido en proporción 50:50.

Primero se pesó 2 Kg de suelo seco el cual fue contaminado con el herbicida (atrazina)

en una concentración de 30 µg, y se le adicionó 1kg de vermicomposta de acuerdo a

los tratamientos.

De acuerdo a lo recomendado por Sánchez (2007), las diferentes pilas de tratamientos

del suelo, se mantuvieron incubadas a temperatura ambiente, con aereación durante

28 días. Al día 29 se adicionó nuevamente la misma cantidad de vermicomposta y se

incubaron otros 28 días, teniendo un tratamiento con una duración total de 56 días.

El tratamiento con vermicomposta de residuos de frutas al 100% solo duró un

periodo de 28 días ya que a este tratamiento se le adicionó 453 g de lombrices.

Resumiendo los tratamientos realizados fueron:

• Suelo contaminado con herbicida (control)

• Suelo con vermicomposta de residuos de frutas al 50%

• Suelo con vermicomposta y Biosólido 50:50

• Suelo con vermicomposta de 100% residuos de frutas

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10.6 Monitoreo de los tratamientos del suelo durante la primera etapa de

incubación (28 días)

Se realizó un monitoreo de temperatura y pH durante los primeros 28 días al suelo

con sus diferentes tratamientos, obteniendo los resultados que se muestran en las

figuras 6 y 7.

En la figura 6 se muestran las temperaturas; en este proceso no fue controlada y se

encuentra a temperatura ambiente. Se puede observar que las temperaturas variaron

de acuerdo a la temperatura ambiente, tal como se esperaba; pero estos valores se

encuentran dentro de los intervalos permitidos para la sobrévivencia de las lombrices

y de microorganismos mesófilos.

Figura. 6 Variaciones de temperatura en el suelo de jilotepec y sus diferentes tratamientos

En la fig. 7 nos muestra la variación del potencial de hidrogeno durante los 28 días de

tratamiento. Se puede observar que el pH en todos los casos al inicio es ácido y entre

los 12 y 15 días incrementa a valores ligeramente ácidos a neutros. En los dos

tratamientos el incremento es más rápido que en el suelo control, y en los últimos

días permanece constante. Esto nos demuestra la actividad microbiana y se sugiere

que el pH incrementa debido a la producción de nitrógeno amoniacal, como se puede

observar en las tablas 10, 11 y 12. Cabe recordar que el amonio puede generar valores

de pH hasta 9.2 y ademas la atrazina quedaría como una molécula neutra, sin

posibilidad de adherirse a las arcillas del suelo.

En la figura 8 se muestra como el potencial de hidrogeno incremento de valores

ácidos a valores neutros durante los 28 días de incubación en los 4 tratamientos.

10.7 Características fisicoquímicas del suelo de Jilotepec Edo. México con

los tratamientos.

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Se realizaron la pruebas fisicoquímicas de cada uno de los 4 tratamientos del

suelo, a los 28 días del tratamiento. Es notable que con respecto al incremento de

concentración de vermicomposta en el suelo, también aumentó la carga

microbiana y la concentración de los nutrientes, lo cual era un resultado esperado.

Los parámetros fisicoquímicos; nos indican como ha mejorado el suelo con

tratamiento con respecto al suelo control; se muestran en las tablas 10, 11, 12 y 13

para cada caso.

Se puede observar que en todos los casos las concentraciones de amonio y nitratos

incrementaron para el tratamiento con vermicomposta de 50% de residuos de

frutas fue de 900 veces y para el caso de vermicomposta de biosólido fue de

aproximadamente 4 veces y en el caso del control prácticamente permaneció

constante. Esto es evidencia de que los microorganismos encargados de

transformar el nitrógeno de la materia orgánica en nitrato y amonio, no fueron

inhibidos por la atrazina, y que incluso fue mejor con la adición de

vermicomposta, claro hay que considerar que se incremento la concentración de

nutrientes. Además la aireación fue buena, ya que en caso contrario no se habría

detectado nitrógeno amoniacal ni nitratos.

Para que se tenga una buena calidad nutrimental, la relación carbono: nitrógeno:

fósforo, debería ser 100:10:1, y podemos decir que de acuerdo a los resultados

obtenidos el suelo se encuentra muy deficiente en todos los nutrimentos. Lo

anterior no resulta extraño ya que debido a la naturaleza de la vermicomposta

que se preparó a partir de residuos de frutas, se tiene una mayor concentración de

carbono que de nitrógeno y aunque el trabajo de los microorganismos y lombrices

fue eficiente para la degradación de la materia orgánica, no se adicionó los

elementos suficientes para tener una mayor concentración de compuestos de

nitrógeno. En este caso no se adicionó ningún tipo de estiércol.

20

Tabla 10 Características fisicoquímicas del suelo control

Parámetros Fisicoquímicos Resultados NOM-021-RECNAT-2000

mgN-NH4+/Kgss 99.91 NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 2.76 NR

NT ss (%) 0.231 Muy Alto mgP/KgSS 42.348 Alto

C. Orgánico (%) 5.84 Bajo pH 5.95 Moderadamente Acido


Tabla 11.- Características fisicoquímicas del suelo tratado con vermicomposta de biosólido.


mgN-NH4+/Kgss 606.35

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 7.04 NR NT ss (%) 0.966 Muy Alto mgP/KgSS 162.68 Alto

C. Orgánico % 41.74 Muy Alto pH 7.05 Neutro


Tabla 12.- Características fisicoquímicas del suelo tratado con 50% de vermicomposta de

residuos de frutas


mgN-NH4+/Kgss 990.723

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 4.35 NR

NT ss (%) 0.735 Muy alto mgP/KgSS 59.46 Alto

C. Orgánico (%) 15.88 Alto pH 6.92 Neutro


Tabla 13. Características fisicoquímicas del suelo tratado con 100% de vermicomposta de

residuos de frutas

21


mgN-NH4+/Kgss ND

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 23.43 NR NT ss (%) 2.15 MUY ALTO mgP/KgSS ND -

C. Orgánico (%) 13 ALTO pH 7.2 NEUTRO

ND: no determinado NR: No reportado

En los 3 tratamientos del suelo contaminado con atrazina, y el suelo control se

encontraron cambios en los parámetros fisicoquímicos ya que el pH de estos 3

tratamientos son neutros y el pH del suelo control el moderadamente acido; esto

resulta benéfico ya que a valores de pH ácidos la atrazina permanece más tiempo

adsorbida al suelo y con este tratamiento podría romperse ese equilibrio, liberando a

la atrazina del suelo y haciéndola más susceptible al ataque de los microorganismos.

Comparando los resultados entre los tratamientos, de vermicomposta con adición de

Biosólido presentó un pH de 7 y altas concentraciones de nitrógeno, amonio y

nitratos, lo cual aporta mayor cantidad de nutrientes al tratamiento, además de

incrementar la cantidad de carbono orgánico lo cual significaría una mejora en la

calidad del suelo, a comparación del tratamiento de vermicomposta de residuos de

frutas. Cabe recordar que el biosólido debido a su composición proveniente de aguas

residuales industriales y municipales contiene una mayor concentración de nitrógeno

que los residuos de frutas., por lo tanto la vermicomposta resultante es de una mejor

calidad, aportando una mayor concentración de nutrientes al suelo.

10.8 Monitoreo de los tratamientos del suelo durante la segunda etapa de

incubación (56 días)

22

Los resultados que se muestran en la figura 9, se observan los valores de pH,

después de la segunda adición de vermicomposta después de los 28 días de

tratamiento; cabe mencionar que en el tratamiento de suelo con vermicomposta de

residuos de frutas al 100% (T Residuos de frutas 100%), solo se realizó a los

primeros 28 días.

Se puede observar en los 3 tratamientos, el pH se incrementó a un valor neutro

con respecto al suelo control, éste último permaneció en un valor de pH de 6.5

(ligeramente ácido). En este caso el pH también incrementó, probablemente

debido al riego, donde el agua fué disolviendo y lixiviando los compuestos

responsables del pH ácido (ácidos orgánicos). Todos los tratamientos se

mantuvieron húmedos (aproximadamente a un 80%). En el caso de los

tratamientos de vermicomposta y biosólido en una proporción de 50:50 y el

tratamiento de residuos de frutas al 50%, desde los primeros 28 días se elevó el pH

a un valor neutro y en la segunda etapa (28 días) este valor se incrementó a un

pH de 8; con respecto al tratamiento de 100% de residuos de frutas, su pH

incremento de acido a una pH de neutro con la adición de lombrices y

vermicomposta. De acuerdo a lo reportado por Gazca y Guzmán (2007), las

lombrices tienen glándulas calcíferas que excretan al medio micropartículas de

CaCO3 que amortiguan el pH, y lo incrementan, y por otra parte la mayor

concentración de compuestos de amonio, también ayudan a elevar el valor del

pH.

Con respecto a la temperatura de los tratamientos se evaluó periódicamente

durante los otros 28 días; siempre considerando la temperatura del medio

ambiente; esto para observar como variaba la temperatura del medio con respecto

los tratamientos y sobre todo el cuidado de los microorganismos existentes en

cada tratamiento; estas temperaturas se mantuvieron en un rango de 25 a 32 ºC, lo

cual no resulta nocivo ni para los microorganismos mesófilos ni para las

lombrices.

23

Características fisicoquímicas de los tratamientos a la segunda adición de

vermicomposta a 28 días

Observando los resultados en las tablas 14, 15 y 16 se observa que la cantidad de

amonio, nitratos, nitrógeno y el pH incrementaron su concentración con respecto

a los primeros 28 días. En el suelo control también se incrementó la concentración

de nutrientes a pesar de que no se tenía un tratamiento de vermicomposta. Pero

debido a que se mantuvo una humedad y aireación adecuadas, los

microorganismos propios del suelo mantuvieron su actividad microbiana,

transformando la materia orgánica existente en ese suelo., inclusive extrayéndola

de los microporos que existen en el suelo y que forman pequeños microambientes

donde se llevan a cabo estas transformaciones.

Tabla 14 Características fisicoquímicas del suelo control

Parámetros Fisicoquímicos

Resultados de los segundos 28

días NOM-021-RECNAT-2000 ugN-NH4+/Kgss 1689.1

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 7.40 NR NT ss (%) 0,232 Muy Alto ugP/KgSS ND --

C. Orgánico (%) 5.2 pH 6.3 Moderadamente Acido


Tabla 15 Características fisicoquímicas del suelo tratado con vermicomposta de biosólido


Resultados de los segundos

28 días NOM-021-RECNAT-2000 ugN-NH4+/Kgss 19677.4

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 38. 27 --- NT ss (%) 2.699 Muy Alto

24

ugP/KgSS ND C. Organico 13.2 Alto

pH 7.8 Neutro ND: no determinado NR: No reportado

Tabla 16 Características fisicoquímicas del suelo tratado con 50% de vermicomposta de

residuos de frutas


Resultados de los segundos 28

días NOM-021-RECNAT-2000 ugN-NH4+/Kgss 2586.9

NO-3(mg N-NO3/Kg ss) 48.47 NR NT ss (%) 1.43 Muy Alto ugP/KgSS ND NR

C. Organico (%) 11.1 NR pH 7.3 Neutro


10.9 Determinación de atrazina por HPLC

Después de realizar la extracciones se inyectaron en un cromatógrafo de líquidos

de alta resolución “HPLC” (por sus siglas en inglés High Performance Liquid

Cromatographic), se usaron las condiciones mencionadas en el punto 9.4 de la

metodología; previamente se realizó la curva tipo a distintas concentraciones del

compuesto puro, y se variaron las concentraciones de la mezcla de disolventes

(metanol:agua). Con los cromatogramas obtenidos se encontró que el tiempo de

retención del compuesto fue de 1.97min, como se muestran en la figuras 12 y 13.

En la figura 13 es la concentración más baja de la curva tipo de 0.25µL/mL y la

figura 14 es la concentración más alta de 6µL/mL; en la cual observamos las

diferencias de área bajo la curva en el tiempo correspondiente al herbicida.

25

Inicialmente se realizó con una curva tipo, donde se prepararon 6 muestras cuyo

intervalo fueron de 0.25 a 6 µL/mL de atrazina. Donde se realizó una solución

patrón de 2µL de atrazina en 1 mL de metanol; cada muestra se aforo a 1000 µL de

metanol obteniendo un R2 = 0.9858 en la curva tipo mostrada en la figura 12.

Curva Tipo

y = 3E-06x - 0,6045R2 = 0,9856

0

1

2

3

4

5

6

7

0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000

Área bajo la curva

Con

cebt

ración

(ppm

)

Figura 15. Curva tipo para atrazina

10.10 Extracciones de los tratamientos

Con el fin de evaluar la eficiencia del método, se realizaron extracciones de suelo

previamente esterilizado el cual fue contaminado a una concentración de 30µg de

atrazina por cada 1g de suelo. El volumen final se aforo a 20 mL, teniendo una

concentración final de 1.5 ppm;

Para realizar la cuantificación de cuanto se estaba recuperando de herbicida

(atrazina), los extractos se inyectaron en el cromatógrafo de líquidos en donde se

muestran un de los cromatógramas de la fase líquida en la figura 16; esta nos

muestra como una cierta cantidad de atrazina se extrajo del suelo.

Figura 16 m Cromatógrama para identificación de la atrazina, con un tiempo de retención (Tr = 1.97

min) y concentración = 0.25µL/mL. Extracto de la fase liquida de suelo estéril

26

Sabiendo cual era la concentración que se esta recuperando, con la ecuación de la

curva tipo y la concentración conocida de 1.5 ppm, se obtuvieron los porcentajes

recuperados en un suelo estéril como se muestra en la figura 17.

Fase liquida esteril .- 58%

Fase Sólida estéril.- 17%

Figura 17. Recuperación de atrazina en un suelo estéril.

En La figura 17 podemos observar que el porcentaje de recuperación en la dos

fases y el total recuperado es de un 75% de herbicida mientras que el 25% es difícil

de recuperación, ya que se queda adsorbido a las arcillas del suelo.

Sabiendo que la técnica de extracción tenia un 75% de eficiencia para recuperar la

atrazina se obtuvieron los porcentajes de remoción de los 4 tratamientos ya

mencionados en el punto 10.5 a los 28 días en la primer y segunda adición de

vermicomposta.

En la tabla 17 se muestran los porcentajes de remoción de los tratamientos a los 28

días, donde se muestra que el tratamiento que mejor porcentaje de remoción dio

fue el tratamiento de vermicomposta de 100% residuos de frutas de un 85%

remoción, y seguido del tratamiento de vermicomposta del 50% de vegetales.

Tabla 17. Remoción de atrazina durante la primera etapa del tratamiento.

Tratamiento a los 28 días

Muestra % Remoción

T S C 14

T V V 50% 33

T V B 32.8

TV V 100% 85

En la tabla 18 solo se muestran 3 tratamientos que son el suelo control, el tratamiento con vermicomposta al 50% de residuos de frutas y el tratamiento con

27

vermicomposta de biosólidos; demostrando que la mejor remoción de atrazina se obtuvo al tratar el suelo con 50% de vermicomposta de residuos de frutas. Lo anterior concuerda con lo obtenido por Sánchez (2007), aunque en ese caso se utilizó vermicomposta de verduras y estiércol de caballo. Por otra parte otros investigadores han demostrado que con exceso de materia orgánica, la atrazina queda retenida más fácilmente. Lo anterior concuerda con lo reportado por la FAO, 2002, que la velocidad de degradación aumenta drásticamente si se añaden materias húmicas, y los grupos funcionales ácidos de las materias húmicas (en particular iones de hidrógeno) actúan como catalizadores, pero en exceso disminuye la degradación (Celis y col., 1998). También la degradación de la atrazina depende en gran medida de la acidez del medio, considerando que a valores de pH extremos la atrazina puede hidrolizarse rápidamente a comparación de valores de pH neutros (FAO, 2002). Comparando el pH de cada tratamiento en los primeros días se encuentran con un pH ácido en promedio de 5 para el tratamiento 100% Suelo; y para los demás tratamientos adicionados con vermicomposta un pH neutro y en la segunda etapa, ligeramente alcalino en promedio de 9, provocando la aceleración de la degradación de atrazina según lo reportado por la FAO, 2002.

Tabla 18.- Remoción de atrazina después de la segunda etapa de tratamiento.

Tratamientos de la segunda adición de vermicomposta (28 días)

Muestra % Remoción

T S C 53

T V V 50% 70

T V B 43.4

11 Conclusiones

• Se mejoró el método de cuantificación de la atrazina por HPLC, modificando el

disolvente y velocidades de flujo en el equipo y no fue necesario modificar el

método de extracción. Obteniendo un porciento de recuperación de 75%, más

que en el estudio de Sánchez, que solo logró obtener un 46%.

• El mejor tratamiento para remoción de atrazina de suelo franco arcillo arenoso

fue la adición de 50% de vermicomposta de residuos de fruta durante la

primera etapa (28 dias de incubación), concordando con lo reportado por

Sánchez-Balvas (2007).

28

• En la segunda etapa el mejor tratamiento para remoción de atrazina fue

la adición de 50% de vermicomposta de residuos de frutas-biosólido 1:1, con

un 70% de remoción.

Referencias Bibliografías:

1) Atiyeh, R. M. Subler, S., Edwards, C. A., Bachman, G., Metzger, J. D., and

Shuster, W. 2000a. Effects of vermicomposts and composts on plant growth in

horticultural container media and soil. Pedobiologia. 44: 579-590.

2) Atiyeh, R. M., Arancon, N., Edwards, C. A. and Metzger, J. D., 2000c. Influence of

earthworm-processed pig manure on the growth and yield of greenhouse

tomatoes. Biores. Technol., 75: 175-180.

3) BOLLAG, J.M.; MYERS, C. AND R. MINARD. 1992. Biological and chemical

interactions of pesticides with soil organic matter. The Sci. Total Environ.

123/124:205-217.

4) Comfort, S.D., Shea, P.J., F.W. Roeth. 1994 Understanding pesticides and water

quality in Nebraska. Nebraska Co-operayive Extensiob EC 94-135, USA. 16p.

5) Cook. M.A, R Hutter. 1981. S-triazines as nitrogen sources for bacteria, J. Agrc.

Food Chem. Vol 29: 25-45.

6) Correa, A. 1980. Consideraciones ecológicas sobre aplicaciones de plaguicidas en

la agricultura en Nueva Agr. Trop. XXXII (3): 5-19.

7) DI, H.J., SPARLING, G.P. AND G.N. MAGESAN. 2001. The effect of

mineralisation rates of atrazine in surface and subsurface soils on its

groundwater contamination potential. Aust.J.Soil Res., Vol. 39:175-183.

8) Eweis, J.B; Ergas, S.J; Chang, D.P; Schroeder, E.D; Bioremediation Principles.

McGraw-Hill, 1998

9) Funari, E., Donati, L., Sandroni, D., and Vighi, M. 1995. Pesticide levels in

groundwater: Value and limitations of monitoring. Chapter 1:3-44. In: pesticide

29

risk in groundwater. Editors: vighi. M, and Funari, E. CRC Press Inc. Boca Raton,

Florida, USA, 275p.

10) Francoise Binet, Anne Kersanté, Colette Munier-Lamy, Renée-Claire Le Boyon,

Marie-Jose Belgy, Martin J. Shipitalo; (2006) “Lumbricid macrofauna alter

atrazina mineralization and sortion in a silt loam soil”, ELSEVIER, Vol. Soil

Biology & Biochemistry 38 , pp 1255-1268

11) Goss. D.W. 1992. Screening procedure for soils and pesticides for potential water

quality impacts. Weed Technology,6:701-708

12) Gunther F.A. and, Gunther, J.D. Residue Reviews Herbicides, Springer. Verlag:

Berlin 1970, Vol. 32pp 235-288.

13) INE, Instituto de Nacional de Ecología,. 2001.

14) IFEN, French Indtitute for the Environmnt, 2002. Les pesticides dans les eaux,

bilan annuel 2002. In: Jacques Le Seigneur, V. (Ed.), Etudes et travaux no. 36.

IFEN, Orleans.

15) JENKS, B.; ROETH, F. AND A. MARTIN. 1998. Influence of surface and

subsurface soil properties on atrazine sorption and degradation. Weed Sci.

46:132-138.

16) JOHNSON, S.; HERMAN, J.; MILLS A., G. HORNBERGER.1999. Bioavailability

and desorption characteristics of aged, nonextractableatrazine in soil. Environ.

Tox. and Cehm. 18:1747-1754.

17) Kolpin D.W,, D,A. Goolsby. 1995. A regional monitoring network to investigate

the occurrence of agricultural chemicals in near-surface aquifers of

midcontinental, USA, IAHS Publn 225: 13-20.

18) KÖRDEL, W.; WAHLE. U.; KNOCHE, H. AND K. HUND.1995. Degradation

capacities of chlorotoluron and simazine in subsoil horizons. The Sci. Total

Environ.171:43-50.

19) KRUGER, E.L.; SOMASUNDARAM, L.; KANWAR, R. AND J. COATS.1993.

Persistence and degradation of 14C-Atrazine and 14C-Deisopropylatrazine as

30

affected by soil depth and moisture conditions. Environ.Toxicol. and Chem.,

12:1959-1967.

20) Leal, N. and Madrid de Cañizalez, C., s/f. Compostaje de residuos orgánicos

mezclados con roca fosfórica. Agron. Trop., 48: 335-357.

21) Pereira, M. G. and Zezzi-Arruda, M. A. 2004. Preconcentration of Cd(II) and

Pb(II) Using Humic Substances and Flow Systems Coupled to Flame Atomic

Absorption Spectrometry. Microchim. Acta: 215-222.

22) Palacios, C. A; Remosion de atrazina en suelos contaminados utilizando

reactores de suelos activados. Proyectos de investigación para obtener el titulo de

Ingeniero Ambiental, IPN UPIBI, México, 2005

23) REINHARDT, C. F. AND P. C. NEL. 1993. The influence of type, soil water

content and temperature on atrazine persistence. S. Afr. J. Plant Soil.10:45-49.

24) Rojas Garciduenas. M., 1990., Manual Teórico Práctico de Herbicidas y

Fitorreguladores. Ed, limusa 25- 43p.

25) Ruiz Najera, R. E. 2001. Tesis: Efecto de Niveles de abono verde sobre la

degradación de atrazina en un suelo agrícola no esterilizado y esterilizado.

Tecomán, Colima, México.

26) Sánchez B. L. A, vermicomposta de desechos de verdura en la recuperación de

un suelo contaminado con atrazina. Proyecto de investigación para obtener el

titulo de Ingeniero Ambiental, IPN UPIBI, México , 2007

27) Scragg 1966. Biotecnología para Ingenieros. Sistemas biológicos en procesos

tecnológicos. Ed. Limusa. 1: 19-25.

28) Skipper. H.D., Wollum, A.G., R.F. and Wolf D.C. 1996. Microbiogical aspects of

environmental fate studies of pesticides. Weed Technology, 10:174-190.

29) Sonon, L. 1992. Persistence and transport of atrazine, alachlor and nitrate in

soils. PhD thesis, Dep. Of Agron., Kansas State University, Manhattan, Kansas,

209p.

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