Introducción
⌅El
control de plagas sigue siendo una herramienta indispensable en la
agricultura moderna, sin embargo, el uso intensivo de plaguicidas
sintéticos provoca problemas crecientes: aparición de plagas
resistentes, contaminación de aguas superficiales y subterráneas,
mortalidad de fauna, riesgos toxicológicos, efectos letales sobre
polinizadores y riesgos para la salud humana (Aktar et al., 2009Aktar, Md Wasim. 2009. Impacto del uso de plaguicidas en la agricultura: sus beneficios y uso.
).
Esta situación impulsa la búsqueda de formulaciones alternativas
basadas en sustancias de origen natural, con menor persistencia
ambiental y perfiles toxicológicos más seguros.
Paralelamente el empleo del caldo sulfocálcico como plaguicida contra el trips, ácaros y pulgones, fundamentalmente, fertilizante y fármaco (Restrepo-Rivera, 2013). Como fungicida figura en primera línea y para su preparación hay numerosas fórmulas, es conocido su efecto en la antracnosis.
Por
otro lado el efecto combinado de procesos de modificación de las
propiedades como adsorbente especial de las zeolitas naturales tipo
Clinoptilolita -heulandita Van Straaten (2007)Van Straaten, P. 2007. Agrogeology: The use of rocks for crops. Enviroquest Limited., Cambridge, Ontario, Canada, 440 pp.
con sustancias de acción activa en el control de plagas que atacan los
cultivos inciden negativamente en la producción de alimentos y en los
programas nacionales del estado, relacionados como parte vital de la
Agricultura Sostenible en función de la producción de alimentos inocuos
como se proyecta en los acuerdos del milenio para un mundo en constante
crecimiento (Ferrán, 2021Ferrán H, Socas M., et al. 2021. Los minerales industriales y su empleo en la agricultura, Infomín Vol 12. Disponible en: https://infomin.edicionescervantes.com, [Consultado: enero 27, 2025].
).
En
las formulaciones desarrolladas se da utilidad al azufre generado como
residuo del procesamiento del petróleo de alta pureza, se aprovecha el
residuo sólido de las fábricas de tabaco, las bondades conocidas y
beneficiosas de las plantas de Neem y Melaleuca sobre las plagas y
enfermedades (Elizondo et al., 2012Elizondo,
AI, Romeu, C.R., Moreira, M. & Milán, M. 2012. Efecto del aceite
esencial de Melaleuca sobre la población de Plutellax y los tella (L.)
en el cultivo de la col. INISAV. La Habana, Cuba.
) y
los amplios usos del mineral zeolita como intercambiador iónico
adsorbente de alta estabilidad química y tamiz molecular natural,
descontaminante y deshumedificador, controlador de la acidez entre otras
muchas propiedades que permiten realizar las modificaciones
físico-químicas oportunas en el mineral y obtener resultados de alta
eficiencia para controlar nemátodos, hongos, inmovilizar ataques de
plagas invasoras, (Velázquez, et al., 2009aVelázquez
M., Febles, J.A & otros. 2009. Obtención de Fertilizantes
Ecológicos a partir de materias primas nacionales. Informe de
Investigación No.56 del CIPIMM, La Habana, Cuba.
), (Velázquez et al., 2022bVelázquez
M., Montejo, E. & Ferrán H., 2022. Desarrollo de productos de alto
valor agregado base minerales naturales y plantas de acción protectoras
de los cultivos. Informe de Investigación. No. 236, CIPIMM, La Habana,
Cuba.
), Martínez (2013)Martín,
G. J.; Pentón, G; García, F.; González, N; Sánchez, S &, Noda, Y.
El Neem una planta exitosa en la recuperación y conservación de los
ecosistemas agropecuarios cubanos. Memorias. IX Convención Internacional
sobre Medio Ambiente y Desarrollo. La Habana. p. 66, 2013.
y Méndez (2016)Méndez
D.N.1, Soca N. M., Martínez R. F. Manejo de nematodos con zeolitas
naturales en el cultivo del plátano. CIGET. Pinar del Río Vol. 18, No.1
enero-marzo, 2016
.
A pesar del potencial que ofrece la combinación de minerales naturales, residuos industriales y extractos de plantas para obtener productos de alto valor agregado, no existen hasta la fecha suficientes estudios sistemáticos que desarrollen formulaciones que integren las sustancias antes mencionadas. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación es, presentar los resultados sobre el desarrollo de productos de alto valor agregado, a partir de la riqueza mineral natural (zeolita, cal), residuos de la industria (azufre, tabaquina) y extractos de plantas naturales, para la acción plaguicida efectiva, sin generar impactos negativos al medio ambiente.
Materiales y Métodos
⌅Materias primas y residuos
⌅- Zeolitas naturales micronizadas y esterilizadas: muestras tecnológicas representativas obtenidas del yacimiento San Ignacio (ZSI) Lote I y II del 2020.
- Cal: muestras de la planta “Gustavo Machín” en Mayabeque.
- Azufre residual: muestra representativa proveniente del residuo generado en la producción de Energas, de pureza superior al 95 %. Se obtuvo en el Centro de Investigaciones del Petroleo (CEINPET).
- Tabaquina: residuo sólido del tabaco adquirido en la empresa TabaCuba de Boyeros.
- Planta de Melaleuca: fue recolectada en la Cienaga de Zapata a través de la Empresa Agrícola Militar de Jaguey Grande.
- Aceite de Melaleuca: se adquirió en la Mipyme GZ.
- Ramas de la planta de Neem: adquiridas en el Instituto de Ecología y Sistematica.
- Aceite de Neem: proveniente de la planta de CENPALAB de Boyeros.
Normas y procedimientosNC-625: 2014Oficina Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales - Requisitos de Calidad, NC 625: 2014, Cuba, 1-10p.
NC- 626: 2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales-Determinación de la
capacidad de intercambio catiónico - Método del cloruro de amonio, NC-
626: 2014, Cuba.
NC-627:2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales -Preparación de
muestras para ensayos de laboratorio, NC-627:2014, Cuba.
NC-628-1:2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales - Determinación de
elementos nocivos. Parte I: Determinación del contenido de mercurio
-Método del vapor frio. NC-628-1:2014, Cuba.
NC-628-1I: 2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales Determinación de
elementos nocivos. Parte II: Determinación de arsénico, cadmio, y plomo
mediante espectrometría de emisión atómica con plasma acoplado
inductivamente. NC-628-1I: 2014, Cuba.
NC-629: 2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales. Determinación del
contenido de zeolitas, arcilla y calcita mediante análisis térmico.
NC-629: 2014, Cuba.
NC-630:2014Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales. Determinación del
contenido de zeolitas mediante Difracción de rayos-X. NC-630: 2014,
Cuba.
NC- 625:2014Oficina Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales - Requisitos de Calidad, NC 625: 2014, Cuba, 1-10p.
⌅La caracterización físico- química y mineralógica de la zeolita se realizó por las siguientes normas y procedimientos analíticos:
Para determinar Capacidad de intercambio catiónico por elemento (CICE) y Capacidad de intercambio catiónico total (CICT).
Para determinar el contenido de zeolita y las fases que las componen.
Los termogramas simultáneos de Análisis Térmico Diferencial (DTA) y Termogravimetría (TG), se obtuvieron en un equipo de la marca NETZSCH, modelo STA 449 F3, se empleó para ello parámetros de operación, ver tabla 1.
| Régimen de calentamiento | Dinámico |
| Masa de muestras | Se consignan en los termogramas |
| Masa del material de referencia | 60.20 mg (Al2O3) |
| Tipo de crisoles | Al2O3 (tamaño estándar) |
| Material del horno | SiC (T.amb. - 15000C) |
| Gas utilizado en la cámara de calentamiento | Aire |
| Flujo del gas protector de la termo balanza | 20.0 ml/min (Ar) |
| Velocidad de calentamiento | 10.0 K /min |
| Sensibilidad de la termo balanza | 0.001 mg - 35.0 g |
| Sensibilidad de las curvas | -0.001 - 5000 µV/mg |
| Tiempo total de medición | 1h 37 min y 10 seg |
| Rango de temperatura de trabajo | 24-10000C |
Registro de datos de Microscopía Electrónica
⌅La observación y los espectros de la muestra se realizó mediante un microscopio electrónico TESCAN, modelo 5130 SB, con espectrómetro de Rayos X acoplado de la marca OXFORD INSTRUEMENTS, modelo INCA 350. La muestra se colocó sobre un portador cilíndrico de 1,2 cm de diámetro, recubierta con cinta adhesiva de doble capa y observada de forma directa a diferentes aumentos, sin recubrimiento. Se empleó el detector de electrones retrodispersados.
Preparación de las formulaciones de los productos de acción plaguicida
⌅Se diseñaron dos formulaciones con el uso de procedimientos limpios, uno empleó todos los productos en estado sólido y el otro extracto alcohólico de la planta de Neem y Melaleuca.
Procedimiento de formulación base seca
⌅Previamente se pulverizó la zeolita mediante molino de disco y se llevó el grano a 100 % bajo 0,074 mm, posteriormente se mezcló con el azufre, la cal y el polvo de tabaco indistintamente al % establecido en cada caso, se combinó azufre con cal y cal con tabaquina, se sometieron al mezclado y molienda en molino de porcelana con la carga de bolas correspondiente durante una hora y se logró la reacción sólido/sólido en operación mecano-química de alta energía y la integración de los productos, una vez concluido el tiempo de homogenización y molienda se descargó el molino y se envasó e identificaron los productos: ZNFP- S (producto base azufre), ZNFP-C(producto base cal), ZNFP- CS (producto base cal + azufre) y ZNFP - CT(producto base cal y polvo de tabaco).
Procedimiento de Formulación por impregnación de extractos alcohólicos y aceites de Neem y Melaleuca
⌅Previamente se preparó el extracto alcohólico del Neem y la Melaleuca. Se realizó el pesaje de las ramas y se sometiaron a la maceración durante 7 días bajo la relación 1 litro alcohol/ 1 kg de ramas tapados herméticos de forma tal que el alcohol cubrió todas las ramas en recipiente de cristal. Una vez transcurrido el tiempo se separó el extracto alcohólico de las ramas y con el extracto se impregnó por aspersión la zeolita micronizada en relación de 500 mL / 2kg de zeolita, se homogenizó en el mezclador de polvos durante treinta minutos y se envasó el producto.
Formulación a partir del aceite
⌅Se realizó impregnando el mismo por goteo 50 mL del aceite /kg de zeolita micronizada y posteriormente se sometió al equipo homogenizador mezclador durante treinta minutos, se procedió a la descarga e identificación de los productos: ZNFP-EM (producto base extractos Melaleuca) y ZNFP-EN (Producto base extractos Neem).
Resultados y Discusión
⌅La zeolita del yacimiento San Ignacio empleada como soporte de desarrollo de los productos plaguicidas, responde a una zeolita de alta calidad tipo I. En el termograma se evidencia el pico endotérmico entre 100ºC y 250ºC, que se deriva de la pérdida de agua zeolítica, ésta deshidratación se caracteriza por ser suave y prolongada, al salir el agua por los canales de la zeolita con un 75% de pérdida de masa, también se identificó (con centro en 606ºC) la presencia de la fase Montmorillonita en un 7%, además de 14% correspondiente a la pérdida de masa de calcita (con centro en 798ºC), ver figura 1.
En el termograma se aprecia que la muestra está constituida fundamentalmente por zeolita, lo cual se confirma por la pérdida continua (deshidratación) hasta los 700 oC, consistente con un 93%. También se observa que hay un 2% de calcita por el efecto térmico a 715 oC.
Procesamiento de los resultados de la Microscopia Electrónica de la (ZSI)
⌅Los espectros de rayos X se procesaron con la variante INCA Analyzer del programa del propio equipo. La observación de la muestra mediante electrones retrodispersados permitió comprobar que se trata de un material considerablemente homogéneo. Se observó el predominio de una fase mineral de composición química relativamente ligera, similar a un silicato. Se realizaron análisis mediante espectrometría de rayos X en el propio microscopio, la comparación de los espectros obtenidos con los espectros de una base de datos que cuenta con más de 1,800 espectros de minerales, incluidos más de 14 espectros de zeolitas, permitió determinar que el material que se analiza tiene una composición química que muestra un 99.75% de coincidencia con la zeolita clinoptilolita cálcica, la Figura 2 ilustra este resultado mediante una comparación de espectros.
Composición química de la muestra: con la finalidad de estimar la composición química de la muestra en forma de óxidos, se analizó mediante la rutina de cuantificación del programa INCA ANALYZER, porciones de la misma. Ver en la tabla 2 el resultado que se obtiene del análisis.
| Composición química en % | ||
|---|---|---|
| Elementos | ZSI Lote I | ZSI Lote II |
| SiO2 | 64,60 | 65,45 |
| Al2O3 | 9,48 | 10,15 |
| TiO2 | 0,12 | 0,16 |
| Fe2O3 | 2,15 | 2,28 |
| CaO | 14,15 | 13,67 |
| MgO | 1,16 | 1,14 |
| Na2O | 1,26 | 1,14 |
| K2O | 1,43 | 1,56 |
| PPI | 14,01 | 12,88 |
| Composición catiónica, meq/100g | ||
| CICT | 135,50 | 137,60 |
| CI Ca2+ | 75,70 | 74,29 |
| CI Na+ | 42,23 | 45,32 |
| CI Mg2+ | 8,39 | 9,35 |
| CI k+ | 8, 02 | 6,91 |
| Composición de fases | ||
| Clinoptilolita | 65 | 70,0 |
| Mordenita | 10,0 | 15,0 |
| Montmorillonita | 13,0 | 8,0 |
| Calcita | 10,0 | 14,0 |
| Total zeolita+Montmorillonita | 88,0 | 93,0 |
| Contenido de elementos nocivos | ||
| F, % | <0,02 | <0,04 |
| Pb, g/t | <5,73 | <6,45 |
| As, g/t | <0.52 | <0.62 |
| Cd, g/t | <0.145 | <0.15 |
| Hg, g/t | <0.25 | <0,20 |
Según la clasificación de la NC: 626 (2014)Oficina
Nacional de Normalización. 2014. Zeolitas Naturales-Determinación de la
capacidad de intercambio catiónico - Método del cloruro de amonio, NC-
626: 2014, Cuba.
por el contenido de fase zeolita
mayor de 70 % corresponde al tipo I, confirmada por su alta capacidad de
intercambio catiónico total (CICT) entre 135, 5 -137, 6 meq/100 g y por
elementos (CICE) de 134 meq/100g.
Los contenidos de elementos nocivos están en los rangos establecidos por la norma cubana para usos médicos (Rodríguez Fuentes, 2015Fuentes,
G. 2015. La Ingeniería de Zeolitas Naturales: Desarrollo de Nuevos
Materiales y sus Tecnologías. Tesis segundo doctorado, IMRE, Universidad
de La Habana.
).
La planta de ENERGAS genera una producción diaria de 20 t/día de azufre al 95 % de pureza. La demanda de azufre por la fábrica Rayonitro y la planta de Níquel de Moa en la actualidad no es significativa y existe una acumulación de azufre que afecta el medioambiente. Esta desventaja puede convertirse en una oportunidad si se utiliza en diversos usos en la agricultura.
La tabaquina como insecticida natural (preparada a partir de la picadura del tabaco, polvo rapé y tabaco silvestre), su acción es por ingestión, contacto y veneno respiratorio, y su efecto residual es muy corto, para minimizar este efecto negativo se combina con la zeolita natural al aprovechar las propiedades potenciales de la misma como secuestrador de mico y aflotoxinas, alto poder adsorbente, intercambiador de iones, tamiz molecular natural y controlador de humedad, entre otras bondades, lo cual permite obtener un nuevos productos. Controla las siguientes plagas: insectos de cuerpo blando (larvas de lepidópteros, mosca blanca, trips, áfidos.
La Melaleuca es una planta con componentes activos valiosos en el control de las plagas, la composición química de su aceite se presenta en la tabla 3.
)
| Pico | tr (min) | Abundancia relativa (%)* | Identificación |
|---|---|---|---|
| 1 | 2,502 | 2,31 | a pineno |
| 2 | 2,690 | 0,12 | canfeno |
| 3 | 2,915 | 0,33 | benzaldehído |
| 4 | 3,224 | 1,11 | ß pineno |
| 5 | 4,712 | 25,43 | 1,8 - cineol |
| 6 | 5,108 | 0,30 | ᵟterpineno |
| 7 | 5,800 | 0,10 | terpinoleno |
| 8 | 6,204 | 0,18 | linalool |
| 9 | 7,351 | 0,13 | isopulegol |
| 10 | 8,018 | 0,11 | (-)-a-terpineol (p-menth-1-en-8-ol) |
| 11 | 8,364 | 0,57 | Terpinen -4-ol |
| 12 | 9,006 | 2,94 | (+)-a- terpineol (p-menth-1-en-8-ol) |
| 13 | 9,035 | 0,14 | (+/-)-a-metilbencil acetato |
| 14 | 13,521 | 3,57 | a- terpineol acetato |
| 15 | 13,617 | 0,21 | eugenol |
| 16 | 17,194 | 1,43 | óxido cariofileno |
| 17 | 17,481 | 7,76 | viridiflorol |
| 18 | 17,524 | 9,50 | Allo-aromadendreno |
| 19 | 17,799 | 32,95 | longifoleno |
| 20 | 17,836 | 0,92 | ledol |
| 21 | 17,861 | 0,35 | guaieno |
| 22 | 17,906 | 0,25 | 7-metil-3,4,5,6,7,8-hexahidronaftalen-1(2H) ona |
| 23 | 17,961 | 0,63 | a-elemeno |
| 24 | 17,998 | 0,60 | ß maalieno |
| 25 | 18,048 | 0,45 | 10,10-dimetil-2,6- dimetilenbiciclo(7.20)-undecan-5- ß-ol |
| 26 | 18,094 | 0,96 | ᵟcadineno |
| 27 | 18,211 | 1,18 | ß-eudesmol |
| 28 | 18,265 | 1,71 | t-muurolol |
| 29 | 18,353 | 0,17 | Viridifloreno (ledeno) |
| 30 | 18,398 | 0,22 | 17-acetoxi-19-kauranal |
tr
(tiempo de retención). *presenta la identificación de los compuestos
presentes en el aceite con una abundancia relativa mayor que 0,1%
La
cal viva o hidratada, es reconocida como "químico versátil", debido a
sus infinitas aplicaciones. Funciona bien como pesticida y fungicida
debido a su alta alcalinidad. Esto significa que puede alterar la
biología de muchas plagas y patógenos. Su naturaleza corrosiva ayuda a
penetrar en los cuerpos de los insectos, provocando su muerte, puede
aplicarse sola o combinada con otros productos (Campigotto, 2024Campigotto, J. 2024. Cómo usar la cal para el control orgánico de plagas durante todo el año. Disponible en: https://firstsaturdaylime.com, [Consultado: enero 20, 2025].
).
Aunque tradicionalmente su uso se asocia a la edificación y la
agricultura, hoy más del 90% de la cal producida en el mundo se utiliza
como químico básico natural en la industria: aglomerante, materia prima,
hidrolizador, absorbente, solvente, neutralizador, floculante,
fundente, lubricante, caustificante y deshidratador.
Las formulaciones desarrolladas y evaluadas responden a las identificación: ZNFP, producto base zeolita micronizada y esterilizada como patrón, ZNFP-S, producto base zeolita micronizada y esterilizada modificada con azufre (30-50)%, ZNFP-CS, producto base zeolita micronizada y esterilizada modificada con cal y azufre (20 % Cal y 30 % S), ZNFP-T, producto base zeolita micronizada y esterilizada modificada con polvo residual de tabaco, ZNFP-EM, producto base zeolita micronizada y esterilizada modificada con extracto alcohólico de melaleuca, ZNFP-EN, producto base zeolita micronizada y esterilizada modificada con extracto alcohólico de la planta neem.
Los productos formulados se aplicaron en diferentes escenarios productivos tales como: CCS, Organopónico, Estación experimental “Pulido del Iagric,” fincas ecológicas, entre otros. La formulación base azufre alcanzó una eficacia comparable a controles comerciales y significativamente superiores a otras formulaciones experimentales. Se destaca la respuesta efectiva en el control del trips en el frijol, en el minaden en el café, los caracoles en la acelga y lechuga, los gusanos en el maíz, el mitio en el pepino, el pulgón en la col: la mosca blanca en distintos cultivos, el ataque del grillo y la bibijagua en frijol.
Las dosis de aplicación oscilo entre 150-200 g /mochila de 16 L en periodos de 7-15 días en forma de fumigación foliar, lo que demostró efectividad en la presencia de caracoles, gusanos, nematodos, pulgón, mitio, trips, mosca blanca y minaden en el café.
En la figura 3 se presentan los componentes de los plaguicidas (zeolita, azufre tabaquina, extractos alcohólicos de (neem y melaleuca), equipos de molienda y modificación química e ilustraciones de su aplicación.
Los resultados demuestran no solo impacto científico técnico al aportar productos amables con el medio ambiente que aprovechan los recursos naturales del país y residuos de la industria aportando solución parcial y/o total a la problemática de las plagas en los cultivos, mediante dos procedimientos limpios que permiten obtener una gama de productos efectivos en el control de ácaros, áfidos, pulgones, caracoles, nemátodos, gusanos, trips, mosca blanca, evitando las quemaduras y generando acción preventiva a la presencia de plagas. También confirman que la integración de zeolita, cal, azufre residual, tabaquina y extractos de plantas naturales permite obtener plaguicidas de alto valor agregado. Este enfoque convierte pasivos ambientales (azufre, tabaquina) en insumos útiles, alineándose con los principios de economía circular y agricultura sostenible.
Conclusiones
⌅- A través de dos procedimientos tecnológicos versátiles y limpios se formula una gama de productos que elevan el valor agregado de las materias primas minerales naturales y reutilizan residuos de la industria para obtener productos de acción plaguicida efectiva en la protección de los cultivos.
- Los productos desarrollados valorizan los residuos locales: un porciento de su composición corresponde al azufre del proceso de ENERGAS y al acumulado en la Planta de Sulfonales), además tabaquina del residuo del proceso del tabaco, que de otro modo constituirían un pasivo ambiental. Esto demuestra la viabilidad de un modelo de economía circular en el sector agropecuario.
- La combinación zeolita-cal con tabaquina actúa como un sistema de liberación controlada. Esta sinergia casi no se reporta en la literatura.
- Los extractos de plantas naturales como el neem y la melaleuca, cultivados en el país, poseen reconocidos efectos en el control de plagas, lo que posibilita la sustitución de importación de productos químicos plaguicidas por productos amigables con el medio ambiente, que tributan a la soberanía alimentaria y la agricultura sostenible.
- Se comprueba el efecto de los productos en diferentes escenarios productivos al controlar con efectividad y efectos preventivos plagas como: mitio, trips, nematodos, pulgón, caracoles, gusanos, la mosca blanca y el minaden. Pueden ser aplicados por polvoreo y fumigación foliar, en dosis de 150 -200 g/mochila en ciclos de 7-15 días y de forma preventiva en ciclos de 15-30 días.
- Los productos desarrollados ofrecen una opción sostenible y efectiva al aprovechar recursos naturales y residuos industriales para el control de plagas y la protección de cultivos y medioambiente