INTRODUCCIÓN

La necesidad de buscar plaguicidas respetuosos con el medio ambiente ha generado interés en la investigación de compuestos alelopáticos. La alelopatía es un fenómeno por el cual plantas o microorganismos liberan compuestos que afectan al crecimiento de plantas vecinas, los cuales presentan interés como posibles bioherbicidas (^{Duke et al., 2019}).

La escopoletina (Figura 1) es un compuesto alelopático de la familia de las hidroxicumarinas que presenta actividad fitotóxica (^{Graña et al., 2017}). Sin embargo, su escasa persistencia en el suelo constituye una limitación importante en su aplicación como bioherbicida (^{Galán-Pérez et al., 2021}, 2022).

Figura 1 Estructura química de la escopoletina. 

En un estudio previo, la organoarcilla comercial Cloisita 10A, añadida como enmienda, mostró capacidad de aumentar la persistencia de escopoletina en suelos alcalinos gracias a su poder adsorbente (^{Galán-Pérez et al., 2022}). En forma de polvo, no obstante, el uso de organoarcillas presenta una serie de inconvenientes, como una rápida pérdida de su capacidad de adsorción en presencia de suelo y riesgos en su aplicación por la posible ingesta o inhalación del polvo. La granulación de las organoarcillas puede ayudar a reducir estos inconvenientes (^{Gámiz & Celis, 2021}).

Los objetivos de este trabajo han sido: 1) comparar la capacidad adsorbente de la organoarcilla comercial Cloisita 10A en polvo y granulada hacia escopoletina, 2) evaluar el efecto de ambas en la disipación de escopoletina en un suelo alcalino en condiciones de laboratorio, 3) estudiar la persistencia y fitotoxicidad de gránulos de organoarcilla cargados con escopoletina bajo condiciones de campo.

MATERIAL Y MÉTODOS

La escopoletina (SCOP) fue suministrada como compuesto de alta pureza (> 99,0%) por Merck (Spain).

El suelo (S) utilizado en el experimento de laboratorio fue un suelo mediterráneo franco arenoso de pH 8,4, con un 75% de arena, 6% de limo, 19% de arcilla y 0,34% de carbono orgánico.

La organoarcilla (OA) comercial Cloisita 10A, en forma de polvo, fue suministrada por BYK (Germany). Posee un espaciado basal de 1,92 nm, un 27,0% de C y un 1,13% de N. La granulación de la organoarcilla se llevó a cabo en un granulador DGI-01 (LSC, France) usando 50 ml de agua destilada como aglutinante por cada 50 g de OA. Una vez obtenidos, los gránulos se secaron a 60ºC, seleccionando posteriormente los de un tamaño entre 63 µm y 2 mm.

El estudio de adsorción de escopoletina a la OA se llevó a cabo a 25ºC poniendo en contacto 320 mg de OA, granulada y sin granular, con 250 ml de una disolución de escopoletina a una concentración de 2 mg/l. A tiempos seleccionados (t = 0, 8, 24, 48 y 72 h) se tomaron muestras de la disolución sobrenadante y se analizaron por HPLC para determinar la cantidad de escopoletina adsorbida (q_t).

Para el estudio de disipación de SCOP en condiciones de laboratorio se emplearon los siguentes tratamientos: a) S sin tratar + SCOP, b) S + OA en polvo (OA-P) + SCOP, c) S + OA granulada (OA-G) + SCOP y d) S + OA-G preadsorbidos con SCOP. Las incubaciones se llevaron a cabo a 25ºC usando 1 g de suelo sin tratar o tratado con 20 mg de OA, una dosis de SCOP inicial (C₀) de 9 mg/kg de suelo y una humedad del suelo del 30%, tomando muestras a t = 0, 1, 2, 3, 4, y 7 días para su extracción y análisis por HPLC, con el fin de determinar la concentración de SCOP residual en el suelo (C_s).

El experimento en campo se realizó en un suelo muy similar al empleado en el estudio de laboratorio, de textura franco arenosa, pH 8,4 y 63% de arena, 21% de limo, 16% de arcilla y 1,42% de carbono orgánico. En parcelas de 0,5 x 0,5 m, se realizaron los siguientes tratamientos: 1) dos parcelas sin tratar (controles), 2) dos parcelas tratadas con una disolución de escopoletina y 3) dos parcelas tratadas con gránulos de organoarcilla (OA-G) preadsobidos con escopoletina, con un contenido de compuesto alelopático de 4,5 mg/g. Además, en cada parcela se sembraron 3 g de semillas de Lactuca sativa L. para comparar la fitotoxicidad entre tratamientos de escopoletina en campo. La dosis de escopoletina empleada fue de 12 kg/ha, aplicando diariamente a cada parcela 3 mm de agua para mantener la humedad del suelo. A t = 0, 2, 4 y 7 días, se tomaron muestras de suelo (0-5 cm) para su extracción y análisis.

El análisis de SCOP se llevó a cabo por HPLC y se utilizó el modelo de difusión de Weber & Morris para describir las cinéticas de adsorción (q_t = k _WM ·t^0,5) y una ecuación de primer orden para obtener la vida media (t_1/2) de SCOP en los experimentos de disipación (C_s = C_0·e ^-k·t ).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Mientras que la adsorción de escopoletina a la OA en polvo fue prácticamente inmediata, la cinética de adsorción a la OA granulada fue más lenta y se ajustó de foma precisa al modelo de difusión intraparticular de Weber & Morris, sugiriendo una menor accesibilidad de los sitios de adsorción (Figura 2).

Figura 2 Cinéticas de adsorción de escopoletina a polvo y gránulos de la organoarcilla Cloisita 10A. 

En condiciones de laboratorio, todos los tratamientos con la OA aumentaron la persistencia de escopoletina, pero el patrón de disipación dependió de la forma de aplicación de la OA y el compuesto alelopático (Figura 3). Una observación clave fue que los gránulos, especialmente cuando se preadsorbieron con el compuesto alelopático, fueron más efectivos a largo plazo a la hora de aumentar la persistencia de escopoletina (Fig. 3). La vida media de escopoletina en el suelo aumentó de 0,34 a 14,4 días por la incorporación del compuesto en los gránulos de OA.

Figura 3 Curvas de disipación de escopoletina en suelo en condiciones de laboratorio. 

En condiciones de campo, la escopoletina añadida en forma libre se degradó muy rápidamente. En cambio, la aplicación de los gránulos con escopoletina preadsorbida conllevó un aumento muy pronunciado en la persistencia del compuesto (Figura 4).

Figura 4 Curvas de disipación de escopoletina en parcelas de campo. 

La vida media de escopoletina aumentó de 0,54 d para escopoletina libre a 20,1 d para el compuesto soportado en gránulos, reflejando cómo el comportamiento observado en condiciones de laboratorio (Figura 3) se mantuvo también bajo condiciones reales de campo (Figura 4).

La aplicación de escopoletina preadsorbida en gránulos de OA mejoró la expresión de la fitotoxicidad del compuesto, reduciendo la germinación de Lactuca sativa L. en mayor medida que el compuesto alelopático libre sin granular (Figura 5). También se observó una reducción de la longitud media de las raíces de las semillas germinadas en las parcelas tratadas con el compuesto preadsorbido (3,5 ± 0,5 cm) respecto al control (5,3 ± 0,4 cm), que no se produjo en el caso de las parcelas tratadas con el compuesto libre (4,9 ± 0,2 cm). Estos resultados se pueden atribuir al aumento de la persistencia del compuesto al ser aplicado preadsorbido en los gránulos de la OA (Figura 4), que lo mantuvo en el suelo durante más tiempo a niveles fitotóxicos para la planta.

Figura 5 Efecto de escopoletina aplicada a parcelas de campo como compuesto libre o soportado en gránulos de organoarcilla en la germinación de Lactuca sativa L. 

CONCLUSIONES

La adsorción a gránulos de organoarcilla protegió a escopoletina de su rápida biodegradación en el suelo, tanto en condiciones de laboratorio como en condiciones reales de campo. La preadsorción en los gránulos antes de su aplicación al suelo acentuó el efecto protector, favoreciendo la expresión de la actividad fitotóxica del compuesto.

Los resultados muestran que el uso de organooarcillas como soportes puede representar una buena estrategia para aumentar la persistencia y bioactividad de los compuestos alelopáticos en el suelo. No obstante, el procedimiento descrito en este trabajo debe optimizarse para un escenario agrícola real de manejo de malas hierbas, a través de mejoras que permitan una reducción de la cantidad de organoarcilla y compuesto alelopático a emplear y ensayos adicionales que demuestren su eficacia frente a especies de malas hierbas de interés.