Análisis fisicoquímico y de hidrocarburos de suelo - Proyecto Ecoreservas

Juan Alejandro Guerrero Cupacán1, Luz Yolanda Vargas Fiallo2, Luz Yolanda Vargas Fiallo3, Juan Alejandro Guerrero Cupacán4, Infraestructura Institucional de Datos4, Ecopetrol. S.A.5

1 Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt, Avenida Paseo Bolívar # 16-20, Bogotá, D.C., Colombia; 2 Universidad Industrial de Santander, Ciudad Universitaria Carrera 27 Calle 9 – Edifício Camilo Torres/ Laboratório 222, Bucaramanga, Colombia; 3 Universidad Industrial de Santander, Ciudad Universitaria Carrera 27 Calle 9 – Edifício Camilo Torres/ Laboratório 222, Bucaramanga, Colombia; 4 Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt, Avenida Paseo Bolívar # 16-20, Bogotá, D.C., Colombia; 5 Ecopetrol. S.A., Carrera 7 # 32–42. Edificio San Martín Piso 32, Bogotá, D.C., Colombia

Corresponding author(s): Juan Alejandro Guerrero Cupacán (jguerrero@humboldt.org.co)Luz Yolanda Vargas Fiallo (labquimco@gmail.com)

Received {date}; Revised {date}; Accepted {date}; Published {date}

Citation: Combination of authors, year of data paper publication (in parentheses), Title, Journal Name, Volume, Issue number (in parentheses), and doi of the data paper.

Resource Citation

Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt (2023). Análisis fisicoquímico y de hidrocarburos de suelo - Proyecto Ecoreservas. http://i2d.humboldt.org.co/resource?r=fq_ecoreservas_2023 http://i2d.humboldt.org.co/resource?r=fq_ecoreservas_2023

Abstract

I2D-BIO_2023_002. Análisis fisicoquímicos y de hidrocarburos de 46 muestras de suelo recolectadas en las salidas de campo, en el marco del proyecto Ecoreservas; Convenio No. 22-077 suscrito entre el Instituto Humboldt y ECOPETROL, CENIT y BICENTENARIO. Las muestras corresponden suelo en áreas de bosque, pastizal, eucaliptos, rizosfera y hormigueros de 4 ecoreservas ubicadas en Mansilla (Facatativá-Cundinamarca), Tocancipá (Cundinamarca), San Antero (Córdoba) y Apiay (Villavicencio). Se midieron las variables: calcio, magnesio, potasio, sodio, cloruros, bicarbonatos, fósforo disponible, nitrógeno total, nitrógeno disponible (nitrato y amonio), carbono total orgánico, textura, capacidad de intercambio catiónico, hidrocarburos totales y materia orgánica.

El muestreo consistió en la obtención de 1 kg de suelo compuesto y homogéneo proveniente de tres réplicas. Cada réplica corresponde a un área de 1 m por 1 m, de donde se obtuvo cinco submuestras (extremos y centro del área) de suelo a 10 cm de profundidad que se mezcló de manera homogénea. Esta muestra se mezcló igualmente con dos réplicas más para obtener la muestra compuesta para análisis fisicoquímicos. Se exceptúa el muestreo de hormigueros donde cada muestra es individual y no compuesta, correspondiente a cada hormiguero muestreado.

Keywords: ecoreservas, fisicoquímicos, hidrocarburos, Suelo, San Antero, Apiay, Tocancipá, Mansilla, hormigueros, Other

General description

Purpose: Obtener información de variables fisicoquímicas como  calcio, magnesio, potasio, sodio, cloruros, bicarbonatos, fósforo disponible, nitrógeno total, nitrógeno disponible (nitrato y amonio), carbono total orgánico, textura, capacidad de intercambio catiónico, hidrocarburos totales y materia orgánica de 46 muestras de suelo provenientes de áreas con diferente grado de intervención antrópica en 4 ecoreservas ubicadas en Mansilla y Tocancipá (Cundinamarca), San Antero (Córdoba) y Apiay (Villavicencio).

Dichos análisis complementan y se hacen como parte del objetivo de caracterización de la diversidad microbiana del suelo (bacterias y hongos) a partir de ADN ambiental y metabarcoding, en las ecoreservas.

Project details

Project title: Ecoreservas
Personnel: Juan Alejandro Guerrero Cupacán, Mailyn Adriana Gonzalez, Luz Yolanda Vargas Fiallo
Funding: Contrato 22-22-077-251PS entre la Universidad Industrial de Santander y el Instituto.
Convenio Interadministrativo N° 3046854 o 22-077 (Instituto Humboldt), entre el Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt y Ecopetrol S.A, CENIT Transporte y Logística de Hidrocarburos S.A.S y Oleoducto Bicentenario de Colombia S.A.S
Study area descriptions/descriptor: El área de estudio corresponde a 4 localidades diferentes donde se encuentran las ecoreservas de donde provienen las muestras de suelo analizadas. Mansilla en Facatativá (Cundinamarca), Tocancipá (Cundinamarca), San Antero (Córdoba) y Apiay (Villavicencio). En todas las ecoreservas se distinguió áreas de mayor y menor intervención antrópica para realizar el muestreo. Así, entre junio y noviembre de 2022 se muestreó áreas de bosque secundario o poco intervenido, pastizales con y sin uso ganadero, áreas de especies alóctonas como eucaliptos. Adicionalmente, el muestreo se complementó con suelo asociado a especies de interés. Por ejemplo, se muestreó rizosfera en áreas de crecimiento de especies vegetales de uso medicinal, y de áreas con hormigueros de especies de interés.
Design description: Con el objetivo de caracterizar la comunidad de microorganismos (hongos y bacterias) del suelo en 4 ecoreservas, se muestreó este sustrato en diferentes áreas con distinto grado de intervención antrópica. El suelo obtenido se analizó para obtener información de las variables fisicoquímicas e hidrocarburos del mismo y complementar los análisis ecológicos de microorganismos asociados a estos tipos de suelo. 

Así, en campo se determinaron diferentes réplicas al azar en el área correspondiente a cada ecoreserva y tipo de cobertura. En cada réplica se tomaron cinco submuestras a 10 cm de profundidad para obtener una muestras homogénea de la réplica y mezclarla con dos réplicas más del área, obteniendo una muestra compuesta de aproximadamente 1 kg. De esta muestra compuesta se separó una cantidad para análisis genéticos y otra cantidad de al menos 500 g para análisis fisicoquímicos e hidrocarburos. Las variables medidas son: calcio, magnesio, potasio, sodio, cloruros, bicarbonatos, fósforo disponible, nitrógeno total, nitrógeno disponible (nitrato y amonio), carbono total orgánico, textura, capacidad de intercambio catiónico, hidrocarburos totales y materia orgánica.

Data published through GBIF: http://i2d.humboldt.org.co/resource?r=fq_ecoreservas_2023

Spatial coverage

General spatial coverage: Ecoreservas ubicadas en los departamentos de Córdoba (San Antero), Villavicencio (Apiay) y Cundinamarca (Mansilla y Tocancipá).
Coordinates: 4°4'37.2''N and 9°23'42''N Latitude; 75°42'7.2''W and 73°21'54''W Longitude 

Temporal coverage: June 23, 2022 - November 15, 2022

Methods

Method step description: El protocolo para la toma de muestras de suelo en cada punto y por submuestra se describe a continuación:

a. Se limpia la superficie de hojarasca y otros elementos, dejando el suelo expuesto.
b. Con guantes de nitrilo y tapabocas, se toma la muestra a 10 cm de profundidad con una pala que se esteriliza previamente lavándola con un cepillo y agua destilada, posteriormente se aplica hipoclorito y finalmente etanol al 96% para realizar esterilización por flameo. Este proceso se repite en cada cambio de réplica y punto.
c. El suelo de cada submuestra se almacena en una misma bolsa rotulada por réplica, sellando herméticamente para la homogeneización (Muestra compuesta).
d. Se toma el PH y temperatura de la réplica. Para los análisis fisicoquímicos se toma al menos 500 g de suelo.

En todo el proceso de manipulación de las muestras, los materiales como palas, tamiz, cepillo y cualquier otro en contacto con el suelo entre réplicas, se esterilizan como se indicó anteriormente.

Métodos empleados para análisis de fisicoquímicos y de hidrocarburos de las muestras de suelo:

Cloruros: Argentométrico
Carbonatos: Titrimétrico
Bicarbonatos: Titrimétrico
Fósforo disponible: Espectrofotométrico. Bray II
Carbono Orgánico Total: Espectrofotométrico-Walkley Black
pH: NTC 5264
Textura: Bouyoucos Adaptado
Capacidad de intercambio catiónico: Extracción Acetato de Amonio
Calcio: Absorción Atómica. Extracción con Acetato de Amonio
Magnesio: Absorción Atómica. Extracción con Acetato de Amonio
Sodio: Absorción Atómica. Extracción con Acetato de Amonio
Potasio: Absorción Atómica. Extracción con Acetato de Amonio
Nitrógeno Total: Digestion-Destilación-Titulación Kjeldahl
Nitratos inorgánicos: Espectrofotométrico
Nitrógeno Amoniacal: Destilación-Titulación Kjeldahl
Hidrocarburos Totales: EPA 9071 B
Conductividad: NTC 5596
Materia orgánica: Cálculo
Study extent description: Corresponde a cuatro Ecoreservas en Mansilla (Facatativá-Cundinamarca), Tocancipá (Cundinamarca), San Antero (Córdoba) y Apiay (Villavicencio). Y, a diferentes áreas de muestreo con diferente grado de intervención como bosque secundario, pastizal con y sin actividad ganadera, eucaliptos, rizosfera y hormigueros.
Sampling description: El muestreo sigue un flujo general similar para todos los casos con algunas variaciones puntuales de acuerdo al origen, así:

MUESTREO DE SUELO
Se siguió un diseño modificado por cuadrantes en un gradiente de perturbación utilizado en otros estudios de este tipo (Fernandes et al., 2022; Afzal et al., 2021; Bayranvand et al., 2021; Zhang et al., 2020; Ren et al., 2018; Taberlet et al., 2012) y de acuerdo al protocolo de genómica para monitoreo ambiental del Instituto Humboldt (Montoya Valencia et al., 2021).

En los puntos seleccionados se establecieron cuadrantes de 1 m X 1 m, con dos réplicas separadas entre sí por al menos 10 metros. En cada cuadrante se tomaron 5 submuestras de suelo a 10 cm de profundidad que se homogeneizaron para obtener una muestra compuesta de cada réplica. La muestra se tomó después de remover la hojarasca y otros elementos de la superficie. Para los análisis fisicoquímicos del suelo, se mezcló muestras de las tres réplicas en cada punto obteniendo una muestra compuesta.

MUESTREO DE SUELO DE RIZÓSFERA
En cada punto de muestreo se seleccionan tres réplicas separadas por al menos 10 metros entre sí. Cada réplica hace referencia a un individuo de la especie vegetal seleccionada. Se tomó el suelo asociado a la rizósfera para análisis genéticos. Para los análisis fisicoquímicos del suelo de estas muestras se mezcló el suelo sobrante de la rizósfera de las tres réplicas de cada punto para formar también una muestra compuesta. Cabe aclarar que a diferencia del muestreo de suelo convencional en este caso el suelo que puede estar adherido a áreas más externas de la raíz y la planta se toman para análisis fisicoquímicos.

MUESTREO DE SUELO DE HORMIGUEROS
El protocolo utilizado en general para la toma de muestras de suelo en hormigueros contiene algunas variaciones con respecto al protocolo general y convencional y se describe a continuación con base en Jiménez et al. (2008) y Klimek et al. (2022): Se identificó el hormiguero y área de interés a muestrear (p.e. botadero, cámara interna,
entre otros) y se tomó la muestra con guantes de nitrilo, tapabocas y una pala esterilizada previamente a 10 cm de profundidad en caso de montículos o botaderos externos. Para análisis fisicoquímicos, se requieren entre 500 g y 1000 g de suelo. Se almacenó cada muestra independiente en una bolsa rotulada y sellada herméticamente.
Quality control description: Para el control de calidad, durante el manejo de las muestras se controla aspectos como la contaminación, el almacenamiento y el transporte. Para el caso de análisis fisicoquímicos, esto se hace de acuerdo a las indicaciones del laboratorio de análisis, así:  Para la determinación de los parámetros se requieren como máximo 500 g de cada muestra dispuestos en bolsas ziploc bien cerradas con toda la identificación de la ubicación del sitio. Además, depende del
proyecto dichas muestras se pueden tomar en varios puntos a un mismo horizonte y conformar solo una por punto quedando en esta forma como puntual -integral. Recomendación NO refrigerarlas, pero si preservarlas del deterioro la identificación y el tiempo de toma hasta la entrega al laboratorio no interfiere en el análisis.

Adicionalmente, como respaldo a la calidad el laboratorio de análisis cuenta con acreditación del IDEAM (Res. 0400 de 2019), autorización del Ministerio de Salud y Protección Social (Res. 172 de 2022), reconocimiento del ICA (Res. 72137 de 2020).

Datasets

Dataset description
Object name: Darwin Core Archive Análisis fisicoquímico y de hidrocarburos de suelo - Proyecto Ecoreservas
Character encoding: UTF-8
Format name: Darwin Core Archive format
Format version: 1.0
Distribution: http://i2d.humboldt.org.co/archive.do?r=fq_ecoreservas_2023
Publication date of data: 2024-11-27
Language: Spanish
Licences of use: Libre a nivel interno y externo (Creative Commons Attribution Non Commercial (CC-BY-NC) 4.0)

Metadata language: Spanish
Date of metadata creation: 2023-01-05
Hierarchy level: Dataset

References
Jiménez, J. J., Decaëns, T., y Lavelle, P. (2008). C and N concentrations in biogenic structures of a soil-feeding termite and a fungus-growing ant in the Colombian savannas. Applied Soil Ecology, 40(1), 120–128. doi:10.1016/j.apsoil.2008.03.009
Klimek, B., Poliwka-Modliborek, H., y Grześ, I. M. (2022). Ant nests as a microbial hot spots in a long-term heavy metal-contaminated soils. Environmental Science and Pollution Research, 29(7), 10848-10857.
Fernandes, M. L. P., Bastida, F., Jehmlich, N., Martinović, T., Větrovský, T., Baldrian, P., ... y Starke, R. (2022). Functional soil mycobiome across ecosystems. Journal of Proteomics, 252, 104428.
Afzal, S., Nesar, H., Imran, Z., y Ahmad, W. (2021). Altitudinal gradient affect abundance, diversity and metabolic footprint of soil nematodes in Banihal-Pass of Pir-Panjal mountain range. Scientific Reports, 11(1), 1-13.
Bayranvand, M., Akbarinia, M., Jouzani, G. S., Gharechahi, J., y Baldrian, P. (2021). Distribution of Soil Extracellular Enzymatic, Microbial, and Biological Functions in the C and N-Cycle Pathways Along a Forest Altitudinal Gradient. Frontiers in Microbiology, 12.
Zhang, W., Wang, H., Li, Y., Zhu, X., Niu, L., Wang, C., y Wang, P. (2020). Bacterial communities along a 4,500-meter elevation gradient in the sediment of the Yangtze River: what are the driving factors?. Desalination and Water Treatment, 177, 109-130.
Ren, C., Zhang, W., Zhong, Z., Han, X., Yang, G., Feng, Y., y Ren, G. (2018). Differential responses of soil microbial biomass, diversity, and compositions to altitudinal gradients depend on plant and soil characteristics. Science of the Total Environment, 610, 750-758.4
Taberlet, P., Prud’Homme, S. M., Campione, E., Roy, J., Miquel, C., Shehzad, W., ... y Coissac, E. (2012). Soil sampling and isolation of extracellular DNA from large amount of starting material suitable for metabarcoding studies. Molecular ecology, 21(8), 1816-1820.
Montoya Valencia, P., Franco-Sierra, N. D., González, M. C., Baena-Bejarano, N., Pulido-Santacruz, P., Salazar Villegas, A., Tovar Luque, E. y Gonzalez Herrera, M. (2021). 3.1.Protocolos de genómica para monitoreo ambiental asociado a acciones de respuesta por impacto o contingencia ambiental formalizados y listos para ser transferidos a usuarios interesados. Bogotá: Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt.