Acta Agronómica

Methods for establishing baseline values for heavy metals in agricultural soils:: Prospects for Colombia

Los impactos ambientales de los metales pesados en los suelos están relacionados con su carácter tóxico cuando se acumulan o interactúan con algunas propiedades específicas, se movilizan a través del perfil a la cadena trófica mediante los cuerpos de agua o los cultivos y pueden llegar a afectar la salud humana. En países desarrollados el establecimiento de valores de referencia de estos metales ha permitido el mejoramiento de la planeación y la gestión ambiental del recurso suelo, y se ha convertido en un instrumento de control para las entidades ambientales que ha permitido evaluar el impacto en diferentes actividades agrícolas. En este artículo se analizan diversos conceptos relacionados con los niveles de metales pesados en suelos agrícolas y la incidencia de las características edafológicas en su concentración. Se revisan, igualmente, algunas metodologías para derivar valores de referencia específicos aplicables a suelos agrícolas colombianos, y se plantean algunas perspectivas orientadas a la protección y recuperación de suelos en el país. En Colombia en la actualidad no se cuenta con criterios y estándares de calidad para medir la contaminación por metales pesados en suelos agrícolas; por esto se hace necesario gestionar el apoyo de entidades gubernamentales con el fin de iniciar y desarrollar investigaciones en diferentes sectores agrícolas primarios, contribuyendo de esta forma a garantizar una producción más limpia y la sostenibilidad ambiental del recurso suelo.

From an environmental perspective, the importance of heavy metals in soils is related to their toxicity either due to accumulation or to any interaction among them and some of their specific properties. In each case, heavy metals can move through the soil profile and transfer into the trofic chain by using through water bodies or crops affecting de human health. In developed countries, the establishment of baseline values has permitted improvements in the environmental management plans of soils. Baseline values are transforming in a control tool for environmental agencies to test the impact of heavy metals in a variety of agricultural activities. This article analyses different concepts related to heavy metals levels in agricultural soils and the incidents of the soil characteristics on their concentration, at the same time some methodologies to obtain specific baseline values from identification of the natural concentration are reviewed. Also included are some prospects for Colombia related to soil protection and remediation. Currently, in Colombia there are no studies related to obtain baseline values of heavy metals in agricultural soils. For this reason it is necessary to get support from government agencies such as the Ministry of Environment, housing and territorial development and Ministry of agriculture, in order to start and develop research in some primary agricultural sectors to guarantee the production and the environmental sustainability of soils.

**Study of the extraction process of papain from the latex of the fruit of papaya (Carica papaya L.) cv. Maradol**

Neste trabalho foi estudado o processo de extração da papaína presente no látex de frutos de mamão (Carica papaya L.) cultivar Maradol. As variáveis estudadas na extração da papaína foram proporção de látex:álcool (1:2.1 e 1:3) e tipo de secagem (à vácuo e por refractance window). As respostas obtidas foram atividade enzimática da enzima e rendimento do processo de extração. O melhor resultado em termos de atividade enzimática e rendimento foi obtido nas condições de secagem à vácuo e proporção látex:álcool de 1:3. A enzima obtida foi caracterizada por testes físico-químicos, microbiológicos e de atividade enzimática e comparada com uma amostra comercial usada como padrão.

In this work, we studied the Papain extraction process, from the latex of papaya fruit (Carica papaya L.) cv. Maradol. The variables studied in the extraction of papain were: the proportion of latex:alcohol (1:2.1 and 1:3) and type of drying( vacuum and refractance window) and the responses obtained in terms of enzymatic activity of the enzyme papain and yield of the extraction process. The best result in terms of enzyme activity and yield was the procedure used to vacuum drying and the proportion latex:alcohol 1:3. The enzyme obtained was characterized by physico-chemical, microbiological and enzymatic activity when compared with a commercial sample used as standard.

**Effect of the immersion in 1-Metylciclopropene on the physicochemical and physiological properties of yellow pitahaya fruit (Selenicereus megalanthus How) with minimum processing**

La pitahaya amarilla (Selenicereus megalanthus How) es una fruta exótica con gran potencial comercial. No obstante, sólo ha sido aprovechada comercialmente como fruta entera, sin procedimientos que le den valor agregado y mayor tiempo de vida de anaquel. En este trabajo se evaluó la aplicación de 200 mg%lt de 1-MCP (Metylciclopropene) en pitahaya amarilla mínimamente procesada (rodajas con cáscara y sin cáscara), empacada al vacío y almacenada bajo refrigeración, sobre la intensidad respiratoria y parámetros de calidad como sólidos solubles, acidez total titulable, pérdida de peso, azúcares totales, firmeza y color. La aplicación de 1-MCP aumentó la producción de CO2, lo cual se manifestó en mayores contenidos de sólidos solubles y azúcares totales, pero no incidió en la pérdida de peso, variación de la acidez total titulable, cambios de color y retención de la firmeza. En ambos tipos de procesamientos se logró reducir durante el almacenamiento la pérdida de vitamina C.

Yellow pitahaya (Selenicereus megalanthus How), is an exotic fruit with great commercial potential, it has been commercialized without using methods that add value and%or prolong its shelf-life. The effect the application of 200 mg%lt 1-MCP on the respiratory rate and quality properties of vacuum sealed minimally processed yellow pitahaya slices during shelf-life under refrigeration was evaluated. Soluble solids, total titratable acidity, weight loss, total sugars, firmness and color were measured in fruit slices with and without skin. The application of 1-MCP before storage increased the respiratory rate and consequently increased soluble solids and total sugars, and did not show any detrimental on weight loss, total titratable acidity, color changes and firmness. However, the application of 1-MCP reduced loss of vitamin C in yellow pitahaya slices with and without skin during storage time.

Effect of 1-Metyilciclopropene application on the physical, chemical and organoleptic properties of the sweet passion fruit

Se evaluó el efecto de la aplicación de 1-metilciclopropeno (1-MCP), un agente antagonista a la acción del etileno -el 1-metilciclopropeno es utilizado para prolongar la vida útil del fruto de granadilla común-, almacenado a 27 ± 2 °C y 76 ± 2% de HR. Se evaluaron propiedades físicas como pérdidas de peso y cambios de dureza de la corteza; propiedades químicas como pH, acidez titulable y sólidos solubles; y propiedades organolépticas como cambios de color. Se aplicaron tres concentraciones de 1-MCP: 200, 400 y 600 mg%l y tres tiempos de exposición: 15, segundos 30 segundos y 60 segundos. Los resultados sugieren que la aplicación de 600 mg%l de 1-MCP y 60 segundos de exposición conserva la granadilla común durante 15 días a 27 ± 2 °C y 76 ± 2% de HR.

To extend the shelf life of the sweet passion fruit is helpful for marketing of the fruit, since it is positioned in the international market as a gourmet fruit. In this work the effect of applying an antagonistic agent to the ethylene action was evaluated, the 1- methylcyclopropene (1-MCP) for the prolongation of shelf life of sweet passion fruit, stored of 27 ± 2 °C and 76 ± 2% RH. Physical properties were evaluated as weight loss, firmness loss and color changes, chemical properties as pH, acidity and soluble solids and sensory analysis. Three concentrations of 1-MCP were applied: 200, 400 and 600 mg%lt and three exposure times: 15, 30 and 60 seconds. The results suggest than application of 600 mg%lt of 1-MCP and 60 seconds exposure it maintains the fruit during 15 days to 27 ± 2°C and 76 ± 2% of HR.

Present in soil compaction of Valle del Cauca, Colombia, under sugarcane (south)

En el estudio se midió la compactación de suelos agrupados en las clases agrológicas I y II cultivados con caña de azúcar entre los municipios de Palmira, El Cerrito y Candelaria en el Valle del Cauca, Colombia. Inicialmente se hizo la cartografía de un índice de compactación (IC) con base en la densidad aparente entre 0 cm y 15 cm de profundidad en el suelo, en 144 puntos de muestreo. La cartografía de estas clases se obtuvo del estudio detallado de suelos de este sector con la ayuda del software ArcGIS®. Posteriormente, se evaluó la influencia de los índices de compactación predominantes sobre algunas propiedades hidrodinámicas y el régimen de humedad del suelo (R.H.S). Para ello se ubicaron dos puntos de medición en cada uno de los tres suelos durante 75 días. Finalmente, con el uso del modelo de simulación Somore se confirmó la efectividad de predicción del R.H.S. El estudio mostró que los suelos no presentan altos grados de compactación, pero sí altos contenidos de materia orgánica (4% - 6%). Se encontró que las características hidrológicas, retención de humedad y de laborabilidad son adecuadas; el R.H.S fue afectado negativamente por el régimen de lluvias, pero no presentó diferencias entre tratamientos. El modelo Somore resultó aceptable y práctico para estimar el R.H.S.

In 2008, the degree of compaction of the best lands (Classes I and II agrologic) cultivated with sugarcane among the municipalities of Palmira, El Cerrito and Candelaria in Valle del Cauca, Colombia. First, an index mapping compaction (IC) based on the bulk density from 0 to 15 cm deep in 144 sampling points was performed. The mapping of these classes was obtained from the detailed study of soils in this area with the help of ArcGIS ® software. Second, we assessed the influence of compaction rates prevailing on some hydrodynamic properties and soil moisture regime (R.H.S), were located to two measurement points in each of the three soils for 75 days. Third, we found the effectiveness of R.H.S prediction by the simulation model SOMORE. The study showed that the soils do not have high levels of compaction, and also exhibited high organic matter content (4% to 6%). As the IC showed that there is compaction it was found that the hydrological characteristics, and moisture retention and workability are adequate workability, the R.H.S is negatively affected by rainfall, but did not differ between treatments. The model was acceptable and practical SOMORE to estimate the R.H.S.

Prediction of the soils penetration strength using artificial neural networks

Las redes neuronales artificiales, simuladoras del proceso de aprendizaje de las neuronas biológicas, han sido utilizadas con éxito en el cálculo de parámetros en diversos problemas de ingeniería en que las variables involucradas tienen una alta relación no lineal entre sí y la modelación no permite representar el problema mediante una función matemática de fácil deducción. En la ciencia del suelo la predicción de algunas propiedades involucra diversas variables que hacen de su estimación por medio de modelos matemáticos un proceso complejo, y trasladan la solución del problema al campo de la inteligencia artificial. En el presente artículo se reporta la elaboración de redes neuronales artificiales para la estimación de la resistencia a la penetración a diferentes profundidades de un suelo; se consideran como variables influyentes el contenido de humedad, la densidad, la carga estática y la presión de inflado. Los resultados muestran una mejor estimación para profundidades entre 20 cm y 30 cm.

Artificial Neural Networks simulate the learning process of biological neurons, and these have been successfully used in the computation of parameters on several engineering problems where exist a strong nonlinear relation among the variables. In soil science, estimation of some properties involves variables that are complicated to estimate using mathematical models, so the solution for the problems fall into the field of Artificial Intelligence. The present paper reports the elaboration of an Artificial Neural Network for the estimation of penetration resistance of soil at different depths, considering as influential variables humidity, density, static load, and inflate pressure. The best estimation results were obtained at a depth of 20-30 cm.

Phosphorus fractions in soils of the Valle del Cauca under different coffee crop systems

El trabajo tuvo como objetivo evaluar la influencia de los sistemas de cultivo de café: orgánico, convencional y orgánico-mineral, sobre las fracciones de fósforo (P) en suelos del departamento del Valle del Cauca, Colombia. Las mediciones por fraccionamiento secuencial reducido se hicieron en el Laboratorio de Suelos del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). El análisis estadístico se ajustó a un modelo de diseño completamente aleatorio en un arreglo en parcelas divididas con tres tratamientos y tres repeticiones. Los resultados mostraron que los contenidos de las fracciones orgánicas de P disponible y P moderadamente disponible variaron (P < 0.05) entre los sistemas de manejo orgánico y el convencional, este último, presentó los valores más bajos. El sistema orgánico-mineral mostró los mayores contenidos de P orgánico e inorgánico, y el sistema convencional presentó los valores más bajos de ambas fracciones de P. La fracción de P no-disponible fue más alta en los sistemas orgánicos comparado con el sistema convencional, mientras que en el sistema orgánico mineral se encontraron diferencias (P < 0.05) con respecto a los restantes sistemas. El P total mostró un comportamiento similar al de las fracciones. Los bajos contenidos de P en el sistema convencional se deben, posiblemente, a prácticas de manejo, como el uso de fertilizantes de síntesis química, la siembra a libre exposición en monocultivo y la ausencia de coberturas entre plantas.

This study was conducted in the department of Valle del Cauca (Colombia) coffee growing zone to evaluate the response of planting coffee under different cropping systems: organic, conventional and organicmineral, on soil phosphorus fractions with volcanic influence. Sequential fractionation methodology adapted by the International Center of Tropical Agriculture was used. The statistical analysis consisted of a Complete Randomized Block Design under a split plot arrangement with three treatments and three replications. The results showed that contents of the organic fraction of available P and the moderately available P showed significant differences among the systems in which organic and conventional management was included, the conventional system had the lowest values. The organic-mineral system showed the highest contents of organic and inorganic phosphorus and the conventional system showed the lowest for these fractions of P. For the non available P fraction, it was found that organic systems had higher P content than the conventional system and, the organic-mineral system showed significant differences with respect to the rest. The total P showed a similar pattern to the fractions described. The low content in the conventional system can be explained by specific aspects of management such as the use of synthetic chemical fertilizers, planting without shade in monoculture and lack of soil coverage between plants.

Melolonthidae (Coleoptera: Scarabaeoidea) assemblage associated to pastures in the Caquetá Department (Colombia) and its possible relationship with soil health

La zona de piedemonte caqueteño (Colombia) forma parte de la región amazónica (3600 mm de precipitación anual, 260 m.s.n.m., 26 °C) y presenta un ambiente megadiverso y ecológicamente frágil cuyos suelos están siendo afectados de manera creciente por la ganadería de tipo extensivo. En el presente trabajo se hizo un monitoreo de la biología y abundancia de escarabajos edafícolas en fincas ganaderas con pasturas degradadas, localizadas en los municipios de San Vicente del Caguán, El Doncello, Belén de los Andaquíes, Albania y Valparaíso, del departamento del Caquetá. Para el estudio se hicieron muestreos de adultos utilizando trampas de luz y de larvas en cuadrantes de suelo en parcelas de pasturas y relictos de selva durante épocas seca y húmeda. Se registraron 26 especies de Melolonthidae, ensamblaje de diversidad moderada, que incluye 16 nuevos registros para el departamento de Caquetá y dos nuevos registros para el país. Se recolectaron 475 ejemplares de larvas y 11 morfoespecies, cuya distribución y abundancia variaron significativamente según usos del suelo, épocas y localidades. Resalta la poca diversidad beta de la región (11 especies) y alfa por municipios (cinco especies), de las cuales solo 33% fueron saprófagas (Cyclocephala, Euetheola), mientras que el resto (Phyllophaga, Plectris, Barybas, Bolax) son rizófagas, lo que significa un balance expresivo del deterioro edáfico, presumiblemente causado por la declinación de la materia orgánica y afectación de las condiciones físicas del suelo como consecuencia de la ganadería extensiva. Se sugiere realizar estudios a mayor escala geográfica y reenfocar el uso del suelo hacia sistemas multiestratificados.

The Caquetá hillsidezone is a part of the Colombian Amazon region (mean pluvial precipitation 3600 mm; 260 m.a.s.l., 26°C). It shows a mega diverse environment, ecologically fragile as the soils have been increasingly degraded. This research had the purpose of monitoring biological aspects of degraded soils resulting from extensive livestock production systems.A comparative sampling of richness and abundance variation of edaphic scarabs on cattle ranches of five municipalities (San Vicente del Caguán, El Doncello, Belén de los Andaquíes, Albania y Valparaíso) was used. Adults were sampled using light traps and larvae by excavation of soil quadrants on pasture and forest relict plots during dry and rainy seasons. 26 Melolonthidae species were recorded, a moderate diversity assemblage including 16 and 2 new records for the Caquetá Department and Colombia, respectively. 475 larvae and 11 morphospecies were collected, their distribution and abundance varied significantly according to management, seasons and localities, highlighting the low beta diversity of the region (11 species) and the low alpha diversity by municipalities (five species), including just 33% saprophagous (Cyclocephala, Euetheola), while the other ones (Phyllophaga, Plectris, Barybas, Bolax) are rhizophagous. This balance showed the soil degradation presumable due to the soil organic matter decreasing and deterioration of soil physical properties as a consequence of extensive livestock production systems. It is recommended to extend these studies to a large geographical scale in order to detail the diagnose and to redefine soil management strategy such to focus on sylvopastoral systems with improved grasses, herbaceous and shrubby legumes and arboreal strata.

**Effect of potassium on production and forage quality of Brachiaria decumbens Stapf in the Colombia piedmont east plain region**

En el Centro de Investigaciones La Libertad, de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Corpoica), localizado en Villavicencio, Meta (Colombia), en un Oxisol de terraza media con un contenido de 0.08 cmol%kg de potasio (K), en un diseño de bloques completos al azar en parcelas divididas con cuatro replicaciones, se evaluó el efecto de cuatro niveles de K (30 kg%ha, 60 kg%ha, 90 kg%ha y 120 kg%ha) en la producción de forraje de Brachiaria decumbens. Como parcela principal se evaluaron la aplicación de fertilización básica y sin fertilización básica. La primera consistió en (kg%ha) de 100, 60, 30, 3, 01 y 0.5 de P2O5, N, S, Zn, Cu, y B, respectivamente. No se encontraron diferencias significativas en la producción de forraje entre los niveles de K aplicados. En las condiciones del ensayo B. decumbens responde bien a 30 kg%ha de K. No obstante, la fertilización básica aplicada junto con el K contribuyó a mejorar la producción de forraje hasta los 12 meses después de su aplicación. La concentración de K en el suelo, en los tratamientos evaluados, fue > 0.10 cmol%kg, un nivel adecuado para el desarrollo de pastos poco exigentes como B. decumbens.

This experiment was conducted at the Research Center La Libertad CORPOICA, located in Villavicencio, Meta, Colombia, in an Oxisol of middle terrace with a content of 0.08 cmol.kg-1 potassium (K). The statical design consisted of a randomized complete block with an arrangement of split plot with four replications, four K levels (30, 60, 90 and 120 kg%ha) were used. As main plot was assessed basic fertilization (fertilized and unfertilized basic). The basic fertilization (in kg%ha) consisted of 100 of P2O5, 60 N, 30 S, 3 Zn, 0.1 Cu and 0.5 for B. There were no significant differences in forage production due to the levels of K applied, then it can be argued that B. decumbens respond well to 30 kg.ha-1 of K, however, basic fertilization applied together with K, contributed to improving the production of forage B. decumbens to 12 months after application. K content in soil, was higher than 0.10 cmol%kg of soil, a level considered appropriate for the development of grasses such as B. decumbens.