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APLICACIÓN DE UN NANOBIOFERTILIZANTE QUE POTENCIE
EL DESARROLLO DE LOS CULTIVOS DE ARROZ
Coloma, et al.
Reciena Vol.3 Núm. 2 (2023): 7-13
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Coloma, et al.
Reciena Vol.3 Núm. 2 (2023): 7-13
https://reciena.espoch.edu.ec/index.php/reciena/index
ISSN 2773 - 7608
Facultad de
Ciencias Pecuarias
APPLICATION OF A NANO FERTILIZER THAT
ENHANCES THE DEVELOPMENT OF RICE CROPS
Universidad de Guayaquil, Facultad de Ingeniería Química, Ingeniería Química, Guayaquil, Ecuador.
Las nanopartículas hoy en día cumplen un rol muy
importante tanto a nivel industrial, en investigaciones y
en desarrollo cientíco. En este trabajo se sintetizaron
nanopartículas de óxido de zinc con el objetivo
de crear un nanobiofertilizante que nos permita
potenciar el desarrollo de los cultivos de arroz (Oriza
sativa). Se sintetizaron NpsZnO por el método sol-gel,
se emplearon como precursores el acetato de zinc
(Zn(OCCH)), etanol (CHOH) e hidróxido de sodio
(NaOH), el acetato de zinc (8g) se disolvió en metanol
(100ml) a 60°C. Se agregó gota a gota hidróxido de
sodio (NaOH) teniendo como temperatura ideal de
formación 80°C, se caracterizó por espectroscopia
infrarrojo y espectroscopia UV-visible en lo cual
mostraron la formación de esta, las NpsZnO fueron
incorporada a un biofertilizante casero en diferentes
concentraciones de nanopartículas de óxido de zinc
(0,3; 0,4;0,5). La respuesta de los nanobiofertilizantes
varía considerablemente, dependiendo de la
concentración de las nanopartículas, el tratamiento
1 (0,3 NpsZnO) produjo los mejores resultados, al
inuenciar positivamente en las plantas, las mismas
que respondieron con mayor crecimiento y desarrollo,
una altura de 66cm, mayor número de tallo por planta,
mejor pH y coloración verdosa, y además favoreció de
forma positiva el nivel nutricional del suelo.
Palabras clave: Nanotecnología, Biofertilizante,
Nanopartículas, Nano biofertilizante, Cultivos.
ARTÍCULO ORIGINAL
Recibido: 28/03/2023 · Aceptado: 15/05/2023 · Publicado: 27/10/2023
ABSTRACT:
RESUMEN
Nanoparticles today play a very important role both
at the industrial level, in research and in scientic
development. In this work, zinc oxide nanoparticles were
synthesized with the aim of creating a nanobiofertilizer
that allows us to enhance the development of rice
crops (Oriza sativa). NpsZnO were synthesized by the
sol-gel method, zinc acetate (Zn(OCCH)), ethanol
(CHOH) and sodium hydroxide (NaOH) were used as
precursors, zinc acetate (8g) was dissolved in methanol
( 100ml) at 60°C. Sodium hydroxide (NaOH) was added
dropwise, having an ideal formation temperature of
80 °C, it was characterized by infrared spectroscopy
and UV-visible spectroscopy in which they showed
its formation, the NpsZnO were incorporated into a
homemade biofertilizer in dierent concentrations of
zinc oxide nanoparticles (0.3; 0.4; 0.5). The response of
the nanobiofertilizers varies considerably, depending
on the concentration of the nanoparticles. Treatment
1 (0.3 NpsZnO) produced the best results, positively
inuencing the plants, which responded with greater
growth and development, a height of 66cm, greater
number of stems per plant, better pH and greenish
coloration, and also positively favored the nutritional
level of the soil
Keywords: Nanotechnology, Biofertilizer, Nanoparticles,
Nano biofertilizer, Crops.
El rápido crecimiento de la población demanda
alimentos y otros insumos [1] , por lo cual investigadores
agrícolas buscan innovar y generar tecnología para
producir la cantidad y calidad de comida suciente
para satisfacer la urgente demanda de alimentos [2].
A nivel mundial, la producción agrícola adolece de
la escasa eciencia de los fertilizantes actualmente
disponibles [3], lo cual con lleva a buscar nuevos
métodos y técnicas para mejorar estos fertilizantes por
1. INTRODUCCIÓN
Coloma Coloma Tonny Wellinton
VIlla Sánchez Fabiola Elena
Baque Manzaba Andrea Stefania
Pacheco Pincay Alexandra Veronica
iD
iD
iD
iD
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2.1. Ubicación y análisis de la muestra (suelo)
La muestra de suelo fue obtenida en el primer
semestre del 2022, ubicado en el recinto San Bartolo,
canto Jipijapa de la provincia de Manabí – Ecuador,
la región cuenta con una temperatura promedio de
28°C, precipitación de 424nm, Humedad relativa de
80%, la muestra fue colocada en una bolsa de plástico
y transportada al laboratorio para su inmediato
procedimiento de análisis.
Los parámetros evaluados fueron los macronutrientes
(Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio y
Azufre) y micronutrientes (Boro, Hierro, Sodio, Cloro,
Aluminio, Manganeso, Cobre, Zinc, Molibdeno,
Cobalto, Flúor y Selenio), pH y fertilidad, la metodología
establecida por el laboratorio y por las normativas
INEN ‘‘Instituto Ecuatoriano de Normalización’’.
2.2. Elaboración del Biofertilizante
Para la producción del biofertilizante se utilizó desechos
2. MATERIALES Y MÉTODOS
productos más ecientes y menos dañinos con el suelo,
los cultivos y el medio ambiente [4].
La nanotecnología es una de las tecnologías emergentes
de las últimas décadas representando una de las
revoluciones tecnocientícas más intrigantes jamás
desencadenadas por el ser humano [5]. Se encuentran
hoy en los más variados sectores de producción
y comercialización, trayendo características y
propiedades innovadoras y sin precedentes en la
historia cientíca de la humanidad [6], la incorporación
de nanotecnología en el diseño y fabricación de
fertilizantes innovadores es una estrategia con
potencial para aumentar signicativamente la
producción de los cultivos y fomentar el desarrollo
de una agricultura rentable, para, de esta manera,
alimentar a la población mundial, la cual presenta una
tasa alta de crecimiento [7].
La Nanotecnología es el diseño, caracterización y
aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas
complejos mediante el control de la forma, el tamaño
y las propiedades de la materia a escala nanométrica
[8] Reportes recientes señalan que diversas NPs
metálicas mejoran signicativamente el crecimiento
de las plantas y tienen el potencial de ser usadas como
nanofertilizantes para incrementar la productividad
agrícola [9]
Otra de las tecnologías es la aplicación de la
biofertilización. Los biofertilizantes son preparados
de microorganismos aplicados al suelo y/o planta con
el n de sustituir parcial o totalmente la fertilización
sintética, así como disminuir la contaminación
generada por los agroquímicos [10].
El uso de biofertilizantes en la agricultura trae ventajas
ambientales y económicas, ya que satisfacen las
necesidades nutricionales de los cultivos. Sin embargo,
su dosicación debe ser vigilada porque pueden alterar
los índices de nitrógeno, fósforo y potasio por sus altos
contenidos de origen [11].
Uno de los alimentos actualmente demandado es
el arroz [12]. El arroz (Oryza sativa L.) es uno de los
principales cultivos de nuestro país, constituye el
alimento básico para más de la mitad de la población
del planeta [13].
En los países de América del Sur y el Caribe, es la
principal fuente energética de la población de bajos
ingresos [14]. Muchos factores afectan la cantidad
y calidad de la cosecha de arroz, siendo el más
importante la fertilización [15].
Los nutrientes son necesarios para que la planta
de arroz cumpla su función metabólica [16] son
conocimos como elementos minerales los cuales se
dividen en dos grupos importantes macronutrientes
y micronutrientes [17] en el caso del arroz el 75%
está conformado por los macronutrientes: Nitrógeno
(N), Fósforo (P), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio
(Mg), Azufre (S) y Silicio (Si), mientras que el 25 % lo
conforma los micronutrientes: Boro, Hierro, Sodio,
Cloro, Aluminio, Manganeso, Cobre, Zinc, Molibdeno,
Cobalto, Flúor y Selenio [18].
El zinc tiene una función esencial en el metabolismo
de los carbohidratos y las proteínas, así como en el
control de la hormona del crecimiento vegetal [19],
La aplicación foliar de este micronutriente en forma
nanométrica es una práctica valiosa debido a la
pequeña cantidad requerida, no tiene contacto directo
con el suelo y evita pérdidas durante la jación [20].
Considerando lo anterior, el objetivo del presente trabajo
fue elaborar y caracterizar nanopartículas de óxido de
zinc e incorporarla a un biofertilizante orgánico para su
aplicación y evaluación en el desarrollo de los cultivos
de arroz, se espera que el nanobiofertilizante mejore
signicativamente el crecimiento y desarrollo de los
cultivos, así como la eciencia del uso de las plantas,
y reduzcan las pérdidas de nutrientes, los impactos
ambientales adversos, la frecuencia de aplicación y los
costos de mano de obra.
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orgánicos domésticos clasicados y seleccionado
acorde a los resultados nutricional obtenidos por la
muestra de suelo analizada, los desechos seleccionados
fueron colocado en un biodigestor casero (balde
plástico acondicionado), se adiciono leche y melaza
como activadores de la fermentación, este proceso
tuvo una duración de 30 días, transcurrido este tiempo
se procedió a ltrar y almacenar el producto obtenido.
2.3. Obtención de las nanopartículas de Óxido de
zinc
Para la síntesis del ZnO por la técnica de sol gel se
emplearon 9g de acetato de zinc Zn (CHCOO) el cual se
disolvió en 100ml de metanol bajo agitación continua.
Se agregó a la solución Hidróxido de sodio NaOH gota
a gota, después de completar la dosicación, con una
agitación constante durante 2 horas manteniendo
la temperatura constante de 80°C. se obtuvo un sol
homogéneo y transparente que luego fue ltrado y
secado a 75°C por 5 hora.
Para la caracterización se usó la técnica de
espectroscopia UV-Visible con longitudes de ondas de
300 a 1000 nanómetros, la cual permitió comprobar
la formación de las nanopartículas de óxido de zinc y
conocer la banda de pico de absorción de longitud de
onda máxima, también se empleó la espectroscopia
Infrarrojo con el objetivo de conrmar la presencia de
las nanopartículas de óxido de zinc sintetizadas por el
método sol -gel.
2.4. Elaboración del Nanobiofertilizante
Una vez obtenido el biofertilizante y las nanopartículas
de óxido de zinc, se procederá a incorporar las
nanopartículas en el biofertilizante de la siguiente
forma: se disolvio100 ml de biofertilizante orgánico en
1000 ml de agua. De la solución obtenida se tomará 600
ml en la cual se distribuirá en 3 partes iguales, por cada
200 ml se incorporará 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g de nanopartícula
de óxido de zinc correspondiente.
2.5. Aplicación del Nanobiofertilizante en campo.
Se realizó la primera aplicación con biofertilizante
como abono inicial a los 8 días del sembrío, posterior
a los 15 días se aplicó a las tres muestras (m1, m2, m3)
los nanobiofertilizante con concentraciones de 0,3;
04;0,5 respectivamente con una dosicación de 50ml y
a nuestra muestra en blanco se la trato con fertilizante
tradicional.
Después de los 15 días de la primera aplicación
se realizó la segunda dosicación con 70 ml de
nanobiofertilizante, y en secuencia a los 21 días
después se le aplicó una última dosicación de 80 ml
de este.
El muestreo se realizó cada semana dependiendo del
desarrollo de la planta de arroz, se controló como
parámetros de medición el pH, altura, temperatura,
numero de macollo, fertilidad del suelo y la coloración
de las hojas.
Durante la evaluación del desarrollo de los cultivos de
arroz la temperatura ambiental oscilaba entre los 18°C
a 29°C, los huertos estaban situados en una zona fresca
y seca con buena exposición solar.
3.1. Análisis de las nanopartículas de óxido de zinc.
Para la síntesis de nanopartículas de óxido de zinc
se usó el método Sol Gel, la pureza y la estructura
de la muestra obtenida se determinaron mediante
espectroscopia UV-Visible e infrarroja.
La gura 1 muestra los espectros UV-Vis para la
condición de síntesis empleando acetato de zinc como
precursor, temperatura de 80°C y tiempo de reacción
de 2 horas. Se puede observar una banda de absorción
de 380 nm, similar resultado fue encontrado por
Yohannes Abdissa [21], además, ha sido reportado que
la banda de absorción del ZnO en estado masivo se
encuentra a 385 nm [22].
3.2. Composición nutricional del nanobiofertilizante
Tabla 1. Dosicación para cada muestra.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 1 Espectroscopia UV-Vis de NpZnO sintetizada por
el método Sol-Gel.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Muestra Repetición Concentración
Dosis
biofertilizante
Dosis
MB 4 Normal N/A Normal
T1 3 0.3 50 ml
50ml, 70ml,
80ml
T2 3 0.4 50ml
50 ml, 70ml,
80ml
T3 3 0.5 50ml
50ml, 70ml,
80ml
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La gura 2 muestra el espectro IR del ZnO sintetizado.
En el espectro se observan diferentes bandas,
correspondientes a distintos grupos funcionales que
se dan durante la formación del ZnO. La muestra
presento picos de absorción en el rango de 3360,35
cm-1; 1545,67 cm-1; 1389,46 cm-1;1336,43 cm-1;
1018,23 cm-1; 675,928 cm-1; 616,145cm-1; 421,37 cm-
1. El pico de absorción a 421,6 cm-1 corresponde al
modo de vibración metal-oxigeno (estiramiento del
ZnO). Los picos 1018,23 cm-1; 1336,43 cm-1; 1389,46
cm-1 atribuyen a la exión o vibración en el plano del
alcohol primario y secundario. El pico 1545,67 cm-1
demuestra los modos de vibración de compuestos nitro
aromáticos y alquilo. El pico 3360,35 cm-1 representa
las vibraciones de estiramiento de los componentes
de hidroxilo, analizando los datos obtenidos podemos
decir que los numero de onda pertenecen a los grupos
En la Figura 3 muestra los análisis de 4 biofertilizante
con y sin nanopartículas de óxido de zinc mostrando
diferencias signicativas en la composición nutricional.
El fosforo (P) al ser uno de los macronutrientes más
importante y esenciales, se clasica como nutriente
primario en el crecimiento, reproducción e interviene
en el proceso de la fotosíntesis, la concentración del
fosforo (p) en los nanobiofertilizante y biofertilizantes
analizados presento diferencia signicativa (P≤0.05)
entre los tratamientos.
Figura 2 Espectroscopia FT-IR de NpZnO sintetizada por
el método Sol-Gel.
Figura 3 Composición nutricional del biofertilizante y el nano biofertilizante a diferentes concentraciones.
funcionales que se encuentra presenta en la formación
del óxido de Zinc.
El potasio (K) elemento relacionado en el proceso
de la fotosíntesis aumenta la resistencia de las
plantas en condiciones adversas, sin embargo, en los
análisis podemos visualizar una pequeña diferencia
signicativa del nanobiofertilizante a concentración
de 0,3M con referencia a la similitud de las otras tres
muestras restante.
Tanto el nitrógeno (N), Calcio (Ca) y Azufre (S)
mantuvieron un rango de similitud para todas las
muestras analizadas. El Zinc (Zn) al ser nuestro
elemento principal como objeto de estudio se pudo
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Figura 4 Comparación de las alturas de los cultivos frente
a sus diferentes tratamientos.
Figura 5 Comparación de la variación de pH durante la
fertilización.
notar que tanto para el biofertilizante con y sin
nanopartículas de óxido de zinc reejo pequeñas
variaciones.
Por otro lado, los elementos presentes en el
biofertilizante y nanobiofertilizante con mayor
cantidad fueron el hierro (Fe), el cobre (Cu), manganeso
(Mn) y boro (B), los cuales no presentaron diferencias
signicativas en sus resultados
3.3 Medición de Variable – Altura
La gura 4 muestra el crecimiento secuencial de las
plantas durante los 60 días que duró la evaluación
con nanobiofertilizante frente a un fertilizante
convencional. Durante las dos primeras semanas no
se notaron cambios visibles en su altura, lo cambios
comenzaron a ser visible con cada dosicación de
nanobiofertilizante. Otras de las variables más importante que se monitorio
fue la temperatura la cual se encontró entre los rangos
de 18°C y 30°C
3.4. Medición de pH del cultivo.
Otro factor importante por considerar es el pH el cual
está directamente relacionado con la absorción de
nutrientes en las plantas; el pH ideal en una solución
de nutrientes se encuentra en el rango de 6 y 7, mayor a
7 diculta su proceso de absorción de lo mismo.
En la Figura 5 muestra las variaciones de pH ante y
después de la fertilización con nanobiofertilizante, sin
embargo estas variaciones no sobrepasaron los rangos
establecidos para los cultivos de arroz; mostrando así
que la población de cultivo que fue tratada con una
concentración de 0,3 g/mL (T1) presento un promedio
de 6,3 en su pH; la población tratada con 0,4 g/mL (T2)
tuvo un promedio de 6,1 y la tratada con 0,5g/mL (T3)
presento 6,1 a comparación de la muestra testigo (MB)
que presento una disminución de pH de 5,9 inicial a
5.7.
Nota: El siguiente análisis expone los resultados entre cada
uno de los tratamientos frente al testigo (Blanco). Donde:
Media=Valor medio de las repeticiones de la capacidad
antimicrobiana; Std. Dev= Desviación estándar; CV=
coeciente de variación de la capacidad antimicrobiana;
R^2= coeciente de determinación.
Los datos obtenidos en la Tabla 2 muestra los
resultados del análisis de varianza ANOVA de las
siguientes variables analizadas: testigo vs tratamiento
1 (T1), tratamiento 2 (T2) y tratamiento 3 (T3) referente
a la última semana de muestreo y análisis, en el cual
se puede apreciar que el valor F calculado con los
datos obtenidos detalla lo siguiente: T1 es signicativo
en comparación a los otros tratamientos con un
valor de 93.46, los datos obtenidos en el análisis de
los coecientes de modelo estimado (p- value) posee
un valor de 2,165x10^(-6) el cual es inferior a 0.05
que nos indica que el tratamiento es adecuado para
de desarrollo de los cultivos de arroz , además el
coeciente de determinación R2 nos expone el valor
de la varianza que es la respuesta ante lo que se debe
cumplir que en todos los casos sean mayor a 0.05
obteniendo un resultado de 2, concluyendo que el T1
es el adecuado en todos los casos.
Tabla 2. Resultado de los tratamientos aplicado al cultivo
de arroz.
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. CONCLUSIONES
3.5. Caracterización sicoquímica del suelo antes y después de la fertilización.
En la gura 6 se muestra la caracterización del suelo
antes y después del proceso de fertilización con
nanobiofertilizante, donde podemos observar como
punto importante el control del pH, el cual en su inicio
fue de 5,90 siendo un rango no adecuado para estos
tipos de cultivo, sin embargo, después de la primera
y última fertilización mostro un incremento de este a
6,20 siendo un pH ideal para una buena absorción de
nutrientes y un adecuado crecimiento de los cultivos
de arroz.
También podemos notar diferencias signicativas en
la composición nutricional del suelo después de la
fertilización, dando como relación lo siguiente:
• La relación entre Ca/Mg es de 5,71 la cual
demuestro una deciencia de magnesio en el
primer análisis mientras que en el segundo la
relación Ca/Mg es de 3,77 esta detalla el estado
ideal de ambos nutrientes en el suelo
• En la relación Ca/K el valor adecuado a esta
relación es de 20 mientras que valores mayores a
30 indica deciencia de potasio, en el análisis del
suelo sin fertilización esta fue de 1,010 mientras
que el suelo tratado de 3,63 lo que indica que
ambos elementos están en un rango adecuado.
• La relación Mg/K es de 1 estado aceptable para
ambos nutrientes.
• La relación Ca+Mg/K es de 4,60 valores menores a
40 indica un rango aceptable para el potasio.
• La concentración del zinc en el suelo sin tratar
es de 20,3512 mg/kg siendo un rango bajo
al promedio establecido para los cultivos de
arroz que es de 55 mg/kg, el suelo tratado con
biofertilizante es de 58,60 mg/kg lo que nos
indica que es un suelo muy útil para los cultivos y
que está dentro del rango establecido.
El análisis sicoquímico de suelos previo a su
fertilización nos permitió conocer los niveles de
nutrición contenido en el sustrato, presentando niveles
bajos de zinc 20,3512 mg/kg (ppm) siendo índice
principal para la elaboración y uso de nanopartículas
de óxido de zinc las cuales fueron sintetizada a diferente
rango de temperatura, siendo 80°C la temperatura
optima de obtención de esta, caracterizada mediante
espectroscopia UV-visible y espectro FT- IR factores
importante que demostraron la formación y presencia
de las nanopartículas de óxido de zinc.
La elaboración del biofertilizante se dio mediante la
reutilización de desechos orgánico-caseros empleando
la fermentación y el proceso anaerobio, además,
se procedió a realizar 3 formulaciones a diferentes
concentraciones de nanopartículas de óxido de
zinc (0,3;0,4;0,5 mg/mL), su aplicación y evaluación
permitió determinar que el tratamiento 1 (0,3 g/ml) fue
la mejor formulación de nano-biofertilizante, según
la comparación de resultados medidos en la altura,
variación de pH y temperatura de la planta al nal de la
fertilización, Cabe decir que el uso de los 3 tratamientos
de nano-biofertilizante evaluados presentaron mejora
signicativa en los cultivo de arroz en relación a la
muestra testigo/blanco; de esta manera se puede
demostrar que el uso de este producto puede ser una
alternativa frente a los fertilizantes tradicionales.
Figura 6 Caracterización del suelo antes y después de la fertilizació n.
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. AGRADECIMIENTOS
. CONFLICTO DE INTERESES
7. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Agradecemos en primer lugar a Dios que es quién nos
ha dado sabiduría y entendimiento, a todas que las
personas que nos apoyaron de distinta manera, para la
culminación de éste proyecto.
No existen ya que el trabajo investigativo fue de autoría
de los autores.
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