Artículo científico: Aplicación del azul de metileno en suelos para determinar la capacidad de intercambio
catiónico con parámetros físicos, químicos y aplicaciones móviles
Publicación Semestral. Vol. 3, No 2, julio-diciembre 2024, Ecuador (p. 20-38)
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Publicación Semestral. Vol. 3, No 2, julio-diciembre 2024, Ecuador (p. 20-38). Edición continua
APLICACIÓN DEL AZUL DE METILENO EN SUELOS PARA DETERMINAR LA
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO CON PARAMETROS FISICOS,
QUIMICOS Y APLICACIONES MOVILES
Alexandra Isabel Tapia Borja1*, Melanie Elizabeth Díaz Abril1, Nataly Rocio
Changoluisa1, Luis Jetli Vargas Procel1
1
Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales. Universidad Técnica de Cotopaxi. Latacunga,
Ecuador
*Dirección para correspondencia: alexandra.tapia@utc.edu.ec
Fecha de Recepción: 21-05-2024 Fecha de Aceptación: 28-06-2024 Fecha de Publicación: 18-07-2024
Resumen
En la actualidad los componentes del suelo son importantes para el bienestar de las personas, los agricultores
deben tener buenas prácticas sostenibles, para asegurar una alimentación saludable. El objetivo de la investigación
fue evaluar la capacidad de intercambio catiónico (CIC) para los sistemas: agroecológicos, degradado, tradicional,
convencional y ecosistema de referencia en los cantones Salcedo, Latacunga y Pujilí, provincia de Cotopaxi. Se
recolectaron cinco muestras de suelo de cada zona, mismas que fueron tamizadas, posteriormente, se colocó 40 g
de cada muestra en una estufa a 140 °C por 24 horas. Se utilizó el método de tinción con azul de metileno para
evaluar la CIC, luego se realizó la pasta del suelo de 200 g para medir el pH. Finalmente, se realiza un análisis
con la aplicación móvil LandPKS para evaluar el color del suelo y agregados del suelo. Los resultados que se
obtuvieron por el método de tinción con azul de metileno en las tres zonas dieron como resultado una baja CIC
debido a que ningún sistema alcanzo o sobrepasa los valores para ser considerados como suelos ricos. El pH del
suelo determinó que los sistemas: referencial, agroecológico, degradado y tradicional poseen un resultado que
pasa de ocho que viene siendo un suelo alcalino, pero, el sistema convencional sí encuentra en el rango adecuado
para ser un suelo agrícola. En general, se puede mencionar que los suelos evaluados no son considerados fértiles,
por lo que no existe un CIC adecuado; sin embargo, esos suelos tienden hacer producidos por los agricultores.
Palabras claves: Salud del suelo, intercambio catiónico, sistemas productivos, degradados, convenciones.
IDs Orcid:
Alexandra Tapia: https://orcid.org/0000-0001-6935-5211
Melanie Diaz: https://orcid.org/0009-0007-4434-2394
Nataly Rocio Changoluisa: https://orcid.org/0009-0009-3246-4583
Luis Vargas: https://orcid.org/0009-0002-1825-5899
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
APPLICATION OF METHYLENE BLUE IN SOILS TO DETERMINE CATION
EXCHANGE CAPACITY WITH PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS
AND MOBILE APPLICATIONS
Abstract
Nowadays, soil components are important for people's well-being, farmers must have good sustainable practices,
to ensure a healthy diet. The objective of the research was to evaluate the cation exchange capacity (CIC) for the
following systems: agro ecological, degraded, traditional, conventional and reference ecosystem in the cantons of
Salcedo, Latacunga and Pujilí, province of Cotopaxi. Five soil samples were collected from each area, which were
sifted, then 40 g of each sample was placed in an oven at 140 °C for 24 hours. The methylene blue staining method
was used to evaluate the CEC, then the 200 g soil paste was made to measure the pH. Finally, an analysis is carried
out with the LandPKS mobile application to evaluate the color of the soil and soil aggregates. The results obtained
by the methylene blue staining method in the three zones resulted in a low CIC because no system reached or
exceeded the values to be considered as rich soils. The pH of the soil determined that the referential, agro
ecological, degraded and traditional systems have a result that exceeds eight that is an alkaline soil, but the
conventional system is in the appropriate range to be an agricultural soil. In general, it can be mentioned that the
soils evaluated are not considered fertile, so there is no adequate CIC; however, those soils tend to be produced
by farmers.
Keywords: Soil health, cation exchange, productive systems, degraded, conventions.
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catiónico con parámetros físicos, químicos y aplicaciones móviles
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1. INTRODUCCION
La agricultura se enfrenta a grandes desafíos a futuro, por eso es importante tomar prácticas
sustentables para promover la salud del suelo y la conservación de los recursos naturales
(Adrian Villota, 2024). El suelo es un ecosistema vital, en el que se desarrolla la sostenibilidad
de todos los seres vivos y es la base de toda la vida en la Tierra, relacionándose con factores
como el provisionamiento de hábitat y alimento (Zabaloy, 2021). La calidad de la producción
agrícola determina su capacidad (Burbano Orjuela, 2017). Para comprender esto, se evalúa la
salud del suelo en distintos sistemas de producción (SP) mediante el análisis de sus propiedades
físicas y químicas (Vallejo et al., 2018). En los sistemas de producción como el natural,
agroecológico, convencional, tradicional y degradado, las prácticas agrícolas se llevan a cabo
de diversas formas, con distintas organizaciones y uso de los recursos naturales (Aldaz et al.,
2020), desde el uso de materia orgánica, humus, controladores biológicos hasta la aplicación
de plaguicidas y fertilizantes (agroquímicos), por lo que en cada tipo la calidad del suelo y sus
propiedades es diferente (González, 2017). Las propiedades del suelo como: la capacidad de
intercambio catiónico (CIC), la materia orgánica (MO), el pH, el color y la textura; son
importantes indicadores de la salud y calidad del suelo (Rebolledo & Sierra, 2020). El
intercambio de iones es un factor determinante, ya que indica la capacidad de para retener y
liberar nutrientes (Cruz-Flores et al., 2022), como el magnesio (𝑀𝑔+2), calcio (𝐶𝑎+2) y potasio
(𝐾+), que están presentes de forma iónica con carga positiva, esenciales para el desarrollo de
las plantas. Un alto nivel de CIC en el suelo es un indicador de la disponibilidad de estos
nutrientes, lo cual mejora directamente la producción agrícola, reduce costos y mantiene su
cuidado (Castaño & González, 2022). Las propiedades y características del suelo están
relacionadas entre sí, la materia orgánica en el suelo es esencial para la actividad biológica y
funcionamiento de esta e incrementa la CIC (Ortiz Zamora, 2020), el color nos indica la
composición del suelo, minerales presentes, humedad, etc. es una medida indirecta de las
propiedades del suelo (Ponce et al., 2022), el pH es un gran indicador porque afecta en la
disponibilidad de nutrientes, es relevante para las funciones y procesos que ocurren en el suelo
(Castillo-Valdez et al., 2021), la textura indica de qué está constituido el suelo, que suelen ser
partículas de arcilla, limo o arena, cada tipo influye en las propiedades físicas como: la
retención del agua, fertilidad, aireación, porosidad, etc., esta propiedad se relaciona con la
estabilidad de agregados, un importante indicador físico en la calidad del suelo (Manayay
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Mendoza, 2021). Debido a los elevados precios de análisis de las evaluaciones del suelo,
específicamente de la CIC y al desconocimiento por parte de los pequeños agricultores sobre
la influencia de la CIC en el suelo, se han desarrollado malas prácticas en el manejo del suelo,
lo que minimiza la sustentabilidad de este recurso. La demanda agrícola ha extendido el uso de
los suelos, por medio de insumos como los fertilizantes e insecticidas, de manera desfavorable
(Etchevers-Barra et al., 2020), alterando el ambiente natural, cambiando las características
físico-químicas del suelo, provocando su pérdida (Marqués, 2022). Actualmente, existen
diversos métodos para determinar la CIC. El método de tinción con Azul de Metileno (AM)
que fue utilizado en esta investigación, es uno de los más sencillos, económicos y eficaces para
determinar la CIC del suelo, resultando accesible para los pequeños agricultores (Pescador,
2018). En el caso de la materia orgánica, un principal indicador de la calidad e influyente en
las propiedades del suelo, es necesario un método con exactitud como la calcinación del suelo,
el cual es rápido, preciso y económico (Aguilar Silva, 2019), consiste en medir la pérdida del
peso por ignición de la muestra del suelo a altas temperaturas por un tiempo determinado,
permitiendo, porcentaje de materia orgánica presente en el suelo (Barrezueta-Unda et al.,
2020). Para analizar las propiedades físico-químicas del suelo se empleó el uso de las Apps.
“LandPKS y SLAKES”. En la caja de herramientas de LandPKS, tenemos “Soil Color
(Tools)”, que analiza el color del suelo, dando un resultado muy efectivo (Baumann et al.,
2016), en un análisis de la fotografía de la muestra la cual permite definir el color en Munsell
(Maynard et al., 2022). SLAKES, permite determinar la estabilidad de los agregados presentes
en el suelo, la App se basa en el análisis fotográfico (Fajardo et al., 2016), en este análisis se
requiere de instrucción y equipos mínimos, siendo favorable para los pequeños agricultores;
analiza tres muestras de agregados de alrededor de 10 mm de diámetro dispersos en una caja
Petri según la indicación de la App (Flynn et al., 2020).
2. METODOLOGIA
2.1 Cobertura y Localización
Este estudio se realizó en tres zonas diferentes ubicadas en los cantones de Salcedo, Latacunga
y Pujilí, en la provincia de Cotopaxi, que se encuentra en la región interandina de Ecuador. La
altitud de estos cantones varía entre 2600 y 2970 m s. n. m., y la temperatura media anual oscila
entre 10 y 12 °C.
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Figura 1. Ubicación geográfica de las zonas de estudio.
2.2 Recolección y selección de la muestra.
Se procedió a la recolección de las muestras de suelo en las diferentes en las tres zonas
(Salcedo, Latacunga y Pujilí) de la provincia de Cotopaxi. En total, se obtuvieron 15 muestras
compuestas, correspondientes a los cinco sistemas productivos y las tres zonas (Figura 2).
Figura 2. Recolección de las muestras de cada cantón.
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
2.3 Preparación de las muestras
Se procedió a realizar un tamizado de matiz número 60, para eliminar las estructuras más
grandes (Llano et al., 2020)Posteriormente, sacamos 40 g de la muestra que serán colocados en
el recipiente con el código correspondiente, como se evidencia en la Figura 3.
Figura 3. Obtención de las muestras para ser analizadas.
2.4 Secado de las muestras
Las quince muestras fueron sometidas a la estufa para un proceso de secado a 104 °C durante
24 horas. Este proceso permitió eliminar por completo cualquier rastro de humedad presente
en el suelo (Figura 4).
Figura 4. Proceso de secado de las muestras.
2.5 Técnica de tinción con azul de metileno
Para determinar el intercambio catiónico, se ajustó al protocolo de (Barbosa-Basto & Romero-
Cajamarca, 2017) que se basa en el método de tinción, que se fundamenta en los siguientes
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pasos:
- Se añadió 1 gramo de azul de metileno seco, previamente pesado en una balanza analítica,
a un vaso de precipitado de 500 ml que contenía 200 ml de agua destilada, como se muestra
en la figura 5.
Figura 5. Desarrollo del azul de metileno.
- Se procedió a tomar la muestra seca y disolver en 30 ml de agua destilada, posteriormente
se mezcló la solución de azul de metileno con la suspensión de suelo en incrementos de 0,5
ml. Se revolvió durante un minuto en un agitador magnético. Este proceso se repite varias
veces hasta identificar la cantidad precisa que genere, como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Preparación de la muestra.
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
- Posteriormente, se toma una gota del medio y se ubica en el papel filtro para registrar la
cantidad de mililitros de azul de metileno añadido, tal como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Colocación del azul de metileno en el papel filtro.
2.6 Determinación de pH
Para llevar al siguiente procedimiento, se necesita 200 g de la muestra de suelo para cada tipo
de sistema, la muestra debe reposar durante 24 horas antes de ser tamizada con un matiz número
60. Posteriormente, se mezcla el suelo con agua destilada hasta obtener una pasta brillante, y
se verifica su consistencia haciendo un corte vertical. Si se une de manera uniforme la mezcla,
luego se cubre con plástico Strech film (Figura 8), se deja reposar durante dos horas.
Figura 8. Procedimiento de la pasta del suelo de los diferentes lugares.
Después del tiempo de reposo, se toma una muestra y se coloca en el embudo Buchner con un
papel filtro en la base para evitar la pérdida de material, se conecta el embudo a una bomba de
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vacío y se espera aproximadamente 10 minutos, para obtener la cantidad adecuada de agua de
la pasta, se agrega hasta tres gotas en los ionómetros, luego se mide el pH, como se muestra en
la figura 9.
Figura 9. Toma de muestra de los suelos en los ionómetros.
Posteriormente, se deja que la muestra de suelo se seque al ambiente por un período de 24
horas.
2.7 Estabilidad de los agregados húmedos
Con la aplicación Slakes desde Play Store se procede a tomar una fotografía tipo trípode a una
altura de 15 a 20 cm (Figura 10). Seguidamente, se procede a tomar la foto de las gotas de las
muestras colocadas en el papel filtro, incorporando el color solo en base. Posteriormente, se
toma otra foto en la cual se coloca agua destilada que cubra por completo el papel filtro. Una
vez que haya tenido el contacto con el agua, cambiaría la muestra; sin embargo, esto no afecta
el cambio de resultado. Después de 10 minutos sin mover el dispositivo móvil, se realiza un
análisis para determinar la estabilidad de los agregados. Valores cercanos a uno indican alta
estabilidad, y valores inferiores a 0.50 señalan baja estabilidad (Figura 10).
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
Figura 10. Proceso de análisis mediante la tecnología móvil Slakes.
2.8 LandPKS para la evaluación del color del suelo.
La muestra inicial del suelo se deja secar al aire durante 24 horas. En la aplicación LandPKS,
se selecciona el parámetro de ubicación y se ingresan las coordenadas y el nombre del sitio.
Luego se accede la zona identificada y se determina el color, tal como se muestra en la Figura
11. Por último, se consiguen valores cuantitativos RGB que muestran los porcentajes de
propensión de color, es decir, a mayor valor, más oscuro será el suelo.
Figura 11. Aplicación LandPKS.
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Capacidad de Intercambio Catiónico mediante para Latacunga
En la Figura 12, se observa que el sistema agroecológico exhibe la máxima CIC (4.8 meq/100
g) dentro de la zona de Salache CEYPSA, Latacunga. Debido a prácticas como la aplicación
de abonos e insumos completamente orgánicos, la presencia de cercas vivas (forestales y
frutales) y la ausencia de maquinaria agrícola. Estos tres factores contribuyen a mantener las
características del suelo y preservar su buena calidad. El sistema degradado ocupó el último
lugar de CIC (0.83 meq/100 g). Esto sucede al exceso de productos químicos en el suelo. Al
analizar los rangos de CIC, los cinco sistemas de producción de Salache corresponden a un
rango bajo (0-10 meq/100 g) según la propuesta de Huanay Munguia (2022). Es decir, la baja
CLC de suelo tiende a darse por varios elementos, como suelen ser: el tipo de suelo y la
saturación de productos químicos. Debido al mal manejo del suelo, se llega a eliminar a varios
microorganismos mismos que realizan diversas actividades en el suelo, como pueden ser:
Pseudomonas fluorescens que secretan ácidos orgánicos y descomponen la materia orgánica,
enriqueciendo el suelo con fosfatos accesibles para las plantas(Cruz-Macías et al., 2020).
Figura 12. Capacidad de Intercambio catiónico en el círculo de Salache CEYPSA en
meq/100g
3.2 Capacidad de Intercambio Catiónico para Salcedo
En la Figura 13, se observa que el sistema agroecológico en la zona de Carrillo muestra una
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
capacidad máxima para el intercambio catiónico (3.15 meq/100 g). Esto se basa en que existe
una reiteración de siembra de hortalizas, verduras, frutales y forestales; además, no utilizan
maquinarias agrícolas y comúnmente utilizan abono orgánico. Estos tres factores ayudan a
conservar las características del suelo y apadrinar su buena calidad. Para el sistema degradado
que dio como resultado la minina CIC (1.88 meq/100 g), esto se debe a que el suelo tiene
peligro en la fertilidad y productividad de la tierra. Una vez analizado el rango de CIC de los
cinco sistemas evaluados en la zona de Carillo, los resultados (< 5 meq/100 g) correspondientes
a un nivel bajo, según Pérez Rosales et al. (2017). Se puede decir que la baja CIC de suelo,
tiende a darse por diversos componentes, como suelen ser: la disminución de la actividad
microbiana, fertilizantes sintéticos, el cambio de clima, entre otros. Por ende esto conmueve a
que el suelo no haga su función correctamente debido a que afecta las acciones de diferentes
microorganismos que ayudan a tener un suelo rico (Guerrero Lázaro, 2019).
Figura 13. Capacidad de intercambio catiónico en la zona de Carrillo
3.3 Capacidad de Intercambio Catiónico para Pujilí
En la figura 14, se observa que el sistema degradado muestra la máxima CIC en Isinche, Pujilí,
con un valor de (3.45 meq/100 g). Debido a que existen cultivos de cereales y leguminosas, la
firme aplicación de químicos (abono). Estos dos factores conservan las características del suelo
para su buena calidad. Así también, el sistema agroecológico dio como resultado la minina CIC
(0.9 meq/100 g), debido a la abundancia de abono e insumos químicos que los insertan en el
suelo. El análisis del rango de CIC de los cinco sistemas evaluados en la zona de Isinche
determina (0-10 meq/100 g) también niveles bajos (Cevallos Jiménez & Macias Zamora,
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2022). La baja CIC de suelo, se debe a diversos componentes como: baja capacidad de materia
orgánica, la poca agricultura de forestales y frutales. Por ende esto conmueve a que el suelo no
tenga una función correctamente, ya que afecta el trabajo de diferentes microorganismos que
ayudan a tener un suelo alto en CIC (Bedoya Justo et al., 2021).
Figura 14.l Intercambio catiónico en la zona de Isinche
3.4 Validación cuantitativa
La validación cuantitativa de la CIC se realizó con los resultados del laboratorio de las quince
muestras. En la tabla 1 se observa que los valores determinados con azul de metileno y los del
laboratorio presentan los mismos rangos cuantitativos de CIC; aunque su valor numérico es
diferente. Es decir, los suelos de los cinco sistemas de producción en tres cantones de Cotopaxi
son suelos pobres (Cevallos Jiménez & Macias Zamora, 2022). El método de tinción de azul
de metileno que se utilizó para poder medir la capacidad de intercambio catiónico tiene una
valides favorable para los agricultores, ya que es un método económico y fácil de realizar.
Tabla 1. Resultados de las cinco muestras de las tres diferentes zonas.
Sistema de producción
Latacunga
(Salache)
Salcedo
(Carrillo)
Pujili
( Isinche)
Análisis de
Laboratorio
Tradicional
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
Agroecológico
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
Ecosistema de referencia
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
Convencional
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
Degradado
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
3.5 Comparación de la materia orgánica con los análisis de laboratorio
En la Figura 15 se visualiza que los cinco sistemas que se evaluaron en laboratorio y con el
método de azul de metileno existe un porcentaje de 2.74 a 4.54% de MO. Porcentajes que
corresponden a niveles medios de MO en suelos agrícolas; aunque, lo ideal para una producción
óptima es superior al cinco por ciento (Luna-Canchari & Mendoza-Soto, 2020). En este caso,
todos los sistemas necesitan agregar mayor contenido de MO al suelo.
Figura 15. Comparación de porcentajes de la materia realizada en laboratorio con la enviada al
INIAP
3.6 Análisis de agregados
Según Devia Guevara & Valencia Pabon, (2019), el valor de agregados en el suelo para ser
considerado como suelo alto en CIC varía entre uno a dos. Como se establece en la Figura 16,
los resultados obtenidos tras el método de aplicaciones móviles (Slakes) se observa que los
resultados dieron un máximo de 0.51, correspondiente al sistema tradicional esto se debe a su
alta capacidad de las partículas del suelo al pertenecer a unidas en forma de agregados. Por lo
cual, el sistema degrado da como resultado un mínimo de 0.37 de agregados. Esto se debe a
que el suelo tiene una permanente erosión y compactación. Dándonos a conocer mediante los
resultados de los cinco sistemas evaluados, la CIC fue baja debido a que no existe un rango
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relevante de agregados.
Figura 16. Resultados de agradados de los sistemas de las tres zonas evaluadas.
3.7 Análisis del Potencial hibrido
Rosas-Patiño et al., (2017) menciona que el pH adecuado de un suelo en buenas condiciones
para ser producidos y tener un buen resultado de CIC se encuentra en el nivel establecido de
siete a ocho, esto se debe al incremento de cargas negativas y ayuda a tener una mejor retención
de cationes en el suelo. Se puede evidenciar en la figura 17 los resultados que se estableció tras
el método de pasta saturada de los diferentes suelos establece que existe una baja disponibilidad
de microorganismos y nutrientes, ya que se presenta un pH alcalino, por lo que en el sistema
agroecológico, referencial, degradado y tradicional da un resultado pasado de ocho, son suelo
que necesitan ser encalados; sin embargo, el sistema convencional se mantiene dentro del rango
adecuado para ser un suelo productivo, cabe mencionar, que el suelo a pesar de los resultados
obtenidos no se presenta una productividad mala, por lo que ciertas plantas se adaptan y existe
bueno producción a pesar de estos resultados.
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Tapia A., Díaz M., Changoluisa1 N., Vargas L.
Figura 17. pH de los suelos en la provincia de Cotopaxi.
4. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos de la capacidad de intercambio catiónico en el cantón de Latacunga
y Salcedo son similares; aunque se evidencia un máximo valor en el sistema Agroecológico,
porque se realiza la aplicación de materia orgánica en el suelo lo que aporta la fertilidad y el
incremento del CIC para retener los nutrientes en la planta. Mientras, que el sistema degradado
fue el más bajo por la ausencia de materia orgánica y fertilización. Para el cantón Pujilí el
resultado fue lo contrario; el sistema de degradado es el máximo por la presencia de cultivos
de cereales y leguminosas y el bajo el sistema agroecológico por ausencia de materia orgánica
y ausencia de frutales y agricultura forestal.
El método azul de metileno es una técnica cualitativa, la cual se debe realizar con mucha
experticia para evitar resultados erróneos. Sin embargo, es un método factible para los
agricultores y económicamente viable.
El pH óptimo debe variar entre 6 y 8 para ser considerado un suelo productivo, en los resultados
de los sistemas agroecológica, referencial, degradado y tradicional el pH varió de 8.2 a 8.9
(alcalino), estos niveles afectan la disponibilidad de nutrientes y microrganismos y por ende al
desarrollo de las raíces. Solo el sistema convencional el pH es de neutro que beneficia a la
absorción de nutrientes del suelo y la resolución de procesos químicos.
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5. REFERENCIAS
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