Publicado

2018-07-01

An evaluation of the controlled release of ammoniacal nitrogen from residual cellulose/polyvinyl alcohol hydrogels as an alternative to traditional fertilization processes

Evaluación de la liberación controlada de nitrógeno amoniacal a partir de un hidrogel de celulosa residual/polivinil alcohol como una alternativa a los procesos de fertilización tradicionales

Palabras clave:

hydrogel, residual cellulose, poly(vinyl alcohol), controlled release, ammoniacal nitrogen (en)
hidrogel, celulosa residual, polivinil alcohol, liberación controlada, nitrógeno amoniacal (es)

Descargas

Autores/as

Soil fertilization improves yield and quality of produce, but nutrient loss from fertilized soil produces alterations in the ecosystems (e.g., eutrophication); it also increases costs in the agribusiness. In this research, we developed a device from residual cellulose/polyvinyl alcohol hydrogel for the controlled release of ammoniacal nitrogen in soil. Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) method was used to determine the fraction of nitrogen released, and the effect of the device on a bioindicator (Zea mays) was studied in greenhouse conditions. Structural damage to the device after its application to soil was analyzed using scanning electron microscopy (SEM). Kjeldahl tests showed the device released less than 15% of total nitrogen across a 60 day evaluation period, displaying a Fickian diffusion pattern. Seedlings produced two times more biomass in device-fertilized soil.
La fertilización del suelo mejora el rendimiento y la calidad en la producción, pero la pérdida de los nutrientes del suelo provoca alteraciones en los ecosistemas (por ejemplo, la eutrofización) y también incrementa los costos en el sector agrícola. En este trabajo se evaluó la liberación controlada de nitrógeno a partir de un hidrogel de celulosa-residual/alcohol-polivinilico, como alternativa de lenta liberación para procesos de fertilización. El método de nitrógeno Kjeldahl fue utilizado para determinar el porcentaje de nitrógeno liberado y se valoró su efecto sobre Zea mays como bioindicador en condiciones de invernadero y la pérdida de estructura del hidrogel se analizó por microscopía electrónica de barrido (SEM). El porcentaje de liberación de nitrógeno fue inferior al 15% tras 60 días de evaluación, ajustándose a un mecanismo de difusión Fickiana, con un aumento en la producción de biomasa del 100% en las plántulas bioindicadoras.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Kumar, K. and Goh, K.M., Crop residues and management practices: effects on soil quality, soil nitrogen dynamics, crop yield, and nitrogen recovery, Adv. Agron., 68, pp. 197-319, 1999. DOI: 10.1016/S0065-2113(08)60846-9

Kanampiu, F.K., Raun, W.R. and Johnson, G.V, Effect of nitrogen rate on plant nitrogen loss in winter wheat varieties, J. Plant Nutr., 20(2-3), pp. 389-404, 1997. DOI: 10.1080/01904169709365259

Tong, Z., Bischoff, M., Nies, L., Applegate, B. and Turco, R.F., Impact of fullerene (C60) on a soil microbial community, Environ. Sci. Technol., 41(8), pp. 2985-2991, 2007. DOI: 10.1021/es061953l

Marschner, B., DOM-enhanced mobilization of benzo(a)pyrene in a contaminated soil under different chemical conditions, Phys. Chem. Earth, 23(2), pp. 199-203, 1998. DOI: 10.1016/S0079-1946(98)00013-5

Golman, R., Ito, B. and Shinohara, K., Design of multi-layer coated particles with sigmoidal release pattern, Chem. Eng. Sci., 60(20), pp. 5415-5424, 2005. DOI: 10.1016/j.ces.2005.04.023

Xu, L., Luo, M., Yang, L., Wei, X., Lin, X. and Liu, H., Encapsulation of pannonibacter phragmitetus LSSE-09 in alginate- carboxymethyl cellulose capsules for reduction of hexavalent chromium under alkaline conditions, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 38(10), pp. 1709-1718, 2011. DOI: 10.1007/s10295-011-0960-5

Purnomo, C., Respito, A., Sitanggang, E.P.,and Mulyono, P., Slow release fertilizer preparation from sugar cane industrial waste, Environ. Technol. Innov., 10, pp. 275-280, 2018. DOI: 10.1016/j.eti.2018.02.010

de Azevedo, A.R.G., Alexandre, J., Xavier, G.deC. and Pedroti, L.G., Recycling paper industry effluent sludge for use in mortars: a sustainability perspective, J. Clean. Prod., 192, pp. 335-346, 2018. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.05.011

Wen, P., Han, Y., Wu, Z., He, Y., Ye, B.C. and Wang, J., Rapid synthesis of a corncob-based semi-interpenetrating polymer network slow-release nitrogen fertilizer by microwave irradiation to control water and nutrient losses, Arab. J. Chem., 10(7), pp. 922-934, 2017. DOI: 10.1016/j.arabjc.2017.03.002

Instituto Colombiano Agropecuario ICA Subgerencia de Protección y Regulación, Comercialización de fertilizantes y acondicionadores de suelos, Bogotá, 2014.

López-Ritas, J. and López-Melida, J., El diagnóstico de suelos y plantas. Métodos de campo y laboratorio, 4th ed. Madrid, 1990, 363 P.

Esser-kahn A.P., Odom, S.A., Sottos, N.R., White, S.R. and Moore, S., Triggered release from polymer capsules, Macromolecules, 44(14), pp. 5539-5553, 2011. DOI: 10.1021/ma201014n

Aguilar, Y., Preparación y evaluación en suelo de fertilizantes de liberación controlada (NPK) cubiertos con polímeros biodegradables, Tesís de Maestría, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 2014.

Kramer, P.J., Plant and soil water relationships: a modern synthesis. New York: McGraw-Hill, 1969.

Dash, S., Murthy, P.N., Nath, L. and Chowdhury, P., Kinetic modeling on drug release from controlled drug delivery systems, Acta Pol. Pharm. — Drug Res., 67(3), pp. 217-223, 2010.

Azhar, F.F., Shahbazpour, E. and Olad A., pH sensitive and controlled release system based on cellulose nanofibers-poly vinyl alcohol hydrogels for cisplatin delivery, Fibers and Polymers, 18(3), pp. 416-423, 2017. DOI: 10.1007/s12221-017-6958-5.

Balcerzak, J. and Mucha, M., Analysis of model drug release kinetics from complex matrices of polyactide-chitosan, Prog. Chem. Appl. Chitin Its Deriv., 15, pp. 117-126, 2010.

Korsmeyer, R.W., Gurny, R., Doelker, E., Buri P. and Peppas, N.A., Mechanisms of solute release from porous hydrophilic polymers, Int. J. Pharm., 15(1), pp. 25-35, 1983. DOI: 10.1016/0378-5173(83)90064-9

Wang, J., Wu, W. and Lin, Z., Kinetics and thermodynamics of the water sorption of 2-hydroxyethyl methacrylate/styrene copolymer hydrogels, J. Appl. Polym. Sci., 109(5), pp. 3018-3023, 2008. DOI: 10.1002/app.28403

Ritger, P.L. and Peppas, N.A.,A simple equation for the description of solute release, J. Control. Release, 5(1), pp. 23-36, 1987. DOI: 10.1016/0168-3659(87)90034-4. DOI:10.1016/0168-3659(87)90035-6

Ammar, H., Abid, M. and Abid, S., Cellulose fibers obtained by organosolv process from date palm rachis (Phoenix dactylifera L.), in: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 28, 2012. DOI: 10.1088/1757-899X/28/1/012002

Summerell, B.A., Leslie, J.F. and Bullock, S., The fusarium laboratory manual. Ames: Wiley-Blackwell, 2006.

Licencia

Derechos de autor 2018 DYNA

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.

El autor o autores de un artículo aceptado para publicación en cualquiera de las revistas editadas por la facultad de Minas cederán la totalidad de los derechos patrimoniales a la Universidad Nacional de Colombia de manera gratuita, dentro de los cuáles se incluyen: el derecho a editar, publicar, reproducir y distribuir tanto en medios impresos como digitales, además de incluir en artículo en índices internacionales y/o bases de datos, de igual manera, se faculta a la editorial para utilizar las imágenes, tablas y/o cualquier material gráfico presentado en el artículo para el diseño de carátulas o posters de la misma revista.