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COMPARACIÓN DE MÉTODOS PARA DETERMINAR CARBONO ORGÁNICO EN SUELO
CIENC SUELO (ARGENTINA) 32(1): 13-19, 2014
13
COMPARACIÓN DE MÉTODOS PARA DETERMINAR CARBONO ORGÁNICO EN SUELO
MERCEDES EYHERABIDE1*; HERNÁN SAÍNZ ROZAS1,2; PABLO BARBIERI1,2 & HERNÁN EDUARDO ECHEVERRÍA1
Recibido: 30-11-12
Recibido con revisiones: 28-03-14
Aceptado: 29-03-14
RESUMEN
El carbono orgánico total (COT) del suelo por su efecto benéfico sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas, es
considerado como uno de los principales indicadores de calidad de suelo, por lo que es necesario determinarlo con suficiente
exactitud. Para algunos suelos de la Región pampeana y extrapampeana se compararon las técnicas de determinación de
COT de Walkley & Black, Walkley & Black modificado y calcinación (LOI) con respecto al método de combustión seca de
Dumas, tomado como referencia. Se obtuvo una alta correlación entre las técnicas de determinación de COT (r2=0,98-0,99).
Se verificó el factor de corrección de 1,32, usado habitualmente en la metodología de Walkley & Black para convertir el carbono
fácilmente oxidable (CFO) en COT. Se observó que la pendiente de la relación entre la MO determinada por LOI y el COT
determinado por el método de Dumas (1,697) no difirió del valor de 1,724 habitualmente empleado para la conversión de
COT a MO. La metodología de Dumas mostró mayor veracidad y precisión respecto de las demás técnicas de determinación
de COT.
Palabras clave.
Análisis de suelo, materia orgánica, oxidación húmeda, combustión, calcinación,
ABSTRACT
Beneficial effects of soil organic carbon (COT) on physical, chemical and biological properties, is considered an indicator
of soil quality, so it is necessary to determine it accurately. Walkley & Black, modified Walkley & Black and ignition (LOI)
with respect to the dry combustion method of Dumas were compared for some soils of the Pampean and extrapampean
region. A high correlation between COT determination techniques (r2 = 0.98-0.99) was obtained. Correction factor of 1.32,
commonly used in the methodology of Walkley & Black to convert readily oxidizable carbon (CFO) in COT was verified.
It was observed that the slope of the relationship between the COT determined by LOI and COT determined by the Dumas
method (1.697) did not differ in value from 1,724, routinely used for the conversion of COT a MO. Dumas methodology
showed greater accuracy and precision with respect to other techniques for determination of COT.
Key words. Analysis of soil organic matter, wet oxidation, combustion, calcination.
1 Unidad Integrada Balcarce: EEA INTA Balcarce - Fac. Ciencias Agrarias (UNMdP). CC. 276, (7620), Balcarce, Argentina. 2CONICET.
* Autor de contacto: eyherabide.mercedes@inta.gob.ar.
COMPARISON OF METHODS FOR DETERMINING SOIL ORGANIC CARBON
MERCEDES EYHERABIDE et al.
CIENC SUELO (ARGENTINA) 32(1): 13-19 2014
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INTRODUCCIÓN
La materia orgánica (MO) de los suelos comprende un
amplio rango de sustancias carbonadas, incluyendo: la
biomasa microbiana, restos vegetales y/o animales en
descomposición y mezclas amorfas coloidales de sustan-
cias orgánicas complejas de alto peso molecular (ácidos
fúlvicos, ácidos húmicos y huminas) (Picone, 2006). Es
considerada como uno de los principales indicadores de
calidad de suelo debido a su efecto benéfico sobre las pro-
piedades físicas y el abastecimiento de nutrientes. Tam-
bién ha sido documentado su efecto positivo sobre la sus-
tentabilidad del sistema productivo en el largo plazo (Varvel
et al.
1994), por lo que es necesario determinarla con
exactitud.
Se han desarrollado una gran cantidad de técnicas ana-
líticas que permiten cuantificar tanto el contenido de MO,
como el de carbono orgánico total (COT) o el C fácilmente
oxidable (CFO). El método propuesto por Walkley & Black
(1934) (W&B) es el más difundido en la Argentina y con-
siste en la oxidación húmeda de la muestra de suelo con
dicromato de potasio en medio ácido. El calor desprendido,
durante la incorporación del ácido sulfúrico, es el que per-
mite la oxidación parcial del C. En este proceso se produce
una reducción del dicromato, equivalente al contenido de
C que es oxidado. El dicromato residual es luego titulado
con sal ferrrosa (Carreira, 2005). Este método solo estima
el CFO, por lo que se utiliza un factor de corrección que
varía del 63 al 86%, dependiendo del tipo de suelo y ho-
rizonte, para estimar el COT (Rosell
et al.
, 2001; Certini
et al.
, 2002; De Vos
et al.
, 2007). El factor de corrección
generalmente utilizado es 1,32 debido a que se asume que
en promedio se oxida el 76% del COT (Rosell
et al.
, 2001).
Amacher
et al.
(1986), sugirió un factor de conversión de
1,41 para los suelos de Louisiana. Gasparoni (2008), en
cambio, sugiere que debería utilizarse un factor de recu-
peración específico para cada tipo de suelo y situación. Por
su parte Schlichting
et al.
(1995), propuso una modifica-
ción a la técnica de Walkley-Black (W&B modificado),
aplicando calor externo (120 °C), lo que permitiría deter-
minar el COT en lugar del CFO. La cuantificación de C por
el método de W&B puede verse afectada por distintas in-
terferencias, por ejemplo, presencia de iones cloruro o
ferroso y óxidos de manganeso. A pesar de ello, este método
es ampliamente utilizado porque requiere un equipa-
miento mínimo, puede adaptarse para la manipulación de
gran número de muestras y no es costoso (Rosell
et al.
,
2001). En cuanto a las desventajas, utiliza grandes canti-
dades de acido sulfúrico y presenta como producto de
desecho tóxico al ion cromo, el cual es altamente cance-
rígeno. Sin embargo, si la titulación del dicromato de potasio
es completa, el residuo contiene sólo cromo trivalente, no
cancerígeno y de muy baja toxicidad.
El método de Dumas o de combustión seca (Grewal
et
al
., 1991), permite determinar si el COT, es exacto y pre-
ciso (McCarty
et al.
, 2002), pero requiere personal califi-
cado y es relativamente costoso. Una desventaja de esta
metodología es que en suelos con presencia de carbona-
tos, sobrestima el contenido de COT. Para convertir el COT
a MO, se utiliza el factor propuesto por Van Bemmelen de
1,724, el cual asume que el 58% de la MO está compuesta
por C (Tabatabai, 1996). Sin embargo, como este conte-
nido deriva de la composición elemental promedio de los
ácidos húmicos no contempla la composición de todas las
sustancias orgánicas del suelo (Ponomareva & Plotnikova,
1967). Muchos autores han cuestionado la aplicación in-
discriminada de este factor (Ponomareva & Plotnikova,
1967; Ranney, 1969), demostrando que tiene alta varia-
bilidad entre tipos de suelos y aún dentro de un mismo perfil.
Galantini
et al
. (1994) informaron que se pueden encon-
trar concentraciones de C del 58% en la MO humificada
y hasta del 40-42% en la MO joven o de residuos vege-
tales. Dado que la proporción de MO lábil o particulada/
MO humificada cambia con la textura del suelo (Diovisalvi
et al.,
2010) es probable que este factor cambie entre suelos.
El método de calcinación o pérdida por ignición (loss
on ignition, LOI) (Schulte & Hopkins, 1996) cuantifica di-
rectamente el contenido de MO y se basa en determinar
la perdida de peso de una muestra de suelo al someterla
a elevadas temperaturas. Existen numerosos trabajos don-
de se utilizan temperaturas de ignición que van desde los
250 a los 600 °C en mufla y diferentes períodos de tiem-
po, desde 2 hasta 24 h (Combs & Nathan, 1998). Mitchell
(1932) informó que temperaturas de ignición entre 350
y 400 °C eran adecuadas. Davies (1974) concluyó que 430
°C podría ser utilizada en suelos con presencia de carbo-
natos. Schulte & Hopkins (1996), para muestras de suelo
de la región central del norte de los EEUU, desarrollaron
el método de LOI que incluye como pretratamiento el
secado a 105 °C durante 24 h y luego 2 h de ignición a 360
°C. Por otro lado, Rosell
et al.
(2001) y Konare
et al.
(2010),
reportaron que temperaturas mayores a 500 ºC pueden
implicar importantes errores en la determinación de MO
por pérdida de dióxido de carbono de los carbonatos, agua
estructural de los minerales de arcilla, oxidación del ión
ferroso, descomposición de sales hidratadas y óxidos. No
obstante, la técnica de LOI es propuesta como exacta y de
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bajo costo para determinar MO (Abella & Zimmer, 2007).
Sin embargo, si se quiere estimar el COT a partir de la MO
se debe utilizar el factor Van Bemmelen que como se men-
cionó, puede variar para distintos tipos de suelos.
Para algunos suelos de la Región pampeana y extra-
pampeana, no se cuenta con información acerca de la
relación entre las metodologías mencionadas para la de-
terminación de COT, CFO y MO. Por lo tanto, para los suelos
de dichas regiones se plantean como objetivos: 1) compa-
rar las metodologías de W&B (1934), W&B modificado
(Schlichting
et al.,
1995) y LOI, con respecto al método de
combustión de Dumas, tomado como método de referen-
cia, 2) verificar el factor de corrección 1,32 para convertir
el CFO en COT, y 3) verificar la validez del factor de co-
rrección 1,724 para convertir el COT en MO.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se recolectaron 60 muestras de suelo provenientes de las
provincias de Córdoba, Corrientes y Buenos Aires (Tabla 1). Las
muestras fueron tomadas de 0 a 20 cm de profundidad, se-
cadas en estufa a 30 ºC y tamizadas por 0,5 mm. Dichas
muestras no contenían carbonatos (datos no mostrados).
Para la determinación de C según W&B (combustión hú-
meda), a 0,5 g de suelo se le agregaron 10 mL de una solución
1 N de dicromato de potasio (K2Cr2O7) en medio ácido (20 mL
de H2SO4). Luego de 45 minutos se agregó agua destilada y
unas gotas de indicador ferroín (0,696 g de sulfato ferroso y
1,485 g de ortofenantrolina monohidratada en 100 mL de agua
destilada). Se realizó la titulación del exceso de Cr+6 con la sal
de Mohr (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O)
0,5 N. El viraje de color del ver-
de oscuro al rojo indica la presencia del punto final. Con esta
técnica se cuantifica el CFO.
En el método de W&B modificado (combustión húmeda)
a 0,25 g de suelo se le agregaró 5 mL de una solución de K2Cr2O7
en medio ácido (10 mL de H2SO4). Luego se calentó a 120 ºC
por 90 minutos. En la reacción de oxidación el Cr+6 se transfor-
ma en Cr+3 y la cantidad formada de este último es equiva-
lente al C orgánico oxidado en la reacción. La concentración
del Cr+3 de color verde fue medida por espectrofotometría a
λ=578 nm.
Para la determinación de COT mediante el método de
Dumas (combustión seca), se pesaron 0,2 g de suelo. La com-
bustión de la muestra se realizó a 950 °C utilizando oxígeno
de alta pureza (99,9%). El producto de la combustión, CO2 es
filtrado, secado y cuantificado por medio de una celda de ra-
diación infrarroja. Se utilizó un analizador TruSpec CN (LECO,
2008). Para la calibración del equipo se utilizaron estándares
de suelo certificados, provistos por la empresa Leco.
Para la cuantificación de MO por LOI (calcinación) se siguió
el método propuesto por Schulte & Hopkins (1996). Se pesa-
ron 5 g de muestra en crisoles de 15 mL, posteriormente fueron
colocados en estufa durante 24 h a 105 ºC. Las muestras fueron
enfriadas en desecador y pesadas. Luego se colocaron durante
2 h en una mufla a 360 ºC, posteriormente se transfirieron a
un desecador y luego de enfriarse se registró el peso nueva-
mente. El cálculo de MO se realizó por diferencia de peso en
las distintas temperaturas, según:
% MO = ((peso 105 °C – peso 360 °C )*100) / peso 105 °C
La exactitud de un método está definida por la veracidad
(parámetro de posición) y la precisión (parámetro de disper-
sión). Se empleó un estándar interno de suelo (Leco Corp. C =
2,99g 100g-1+/- 0,06) para evaluar dichos parámetros en los
métodos de W&B, W&B modificado y Dumas. Se realizaron 15
repeticiones por técnica. No se incluyó la técnica de LOI en esta
evaluación, por la gran cantidad de estándar a pesar y el elevado
costo que esto implica.
La veracidad indica la proximidad entre el promedio de
los resultados y el valor verdadero (OAA, 2008). Se evaluó a
través de la medición del sesgo (bias) (diferencia entre el valor
Sitio Orden Grupo Textura Cantidad muestras
Balcarce Molisol Paleudol petrocálcico Franca 10
Bolívar Molisol Hapludol éntico Franca arenosa 8
Lobería Molisol Argiudol típico Franca 6
Olavarría Molisol Paleudol petrocálcico Franca 4
Tres Arroyos Molisol Paleudol petrocálcico Franca 5
Tandil Molisol Argiudol típico Franca 9
Villa Dolores Molisol Haplustol típico Franca arenosa 9
Corrientes Alfisol Albacualf típico Arcillosa 9
Fuente: INTA. 1990. Atlas de suelo República Argentina.
Tabla 1. Clasificación, textura y cantidad de muestras de suelo de los sitios evaluados.
Table 1. Classification, texture and quantity of soil samples from the sites evaluated.
MERCEDES EYHERABIDE et al.
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medio observado y el valor de referencia) y de la diferencia
relativa porcentual (DRP) (INTI, 2013).
La precisión es la proximidad entre los resultados de medi-
ciones independientes. Una forma de evaluarla es por medio de
la repetibilidad: precisión aplicando un mismo procedimiento,
sobre una misma muestra, con el mismo operador, en intervalos
cortos de tiempos, utilizando el mismo equipamiento, dentro de
un mismo laboratorio (OOA, 2008). Por medio del coeficiente
de variación (CV%) se evaluó la repetibilidad de los métodos.
Para comparar las medias de los porcentajes de COT cuan-
tificado por los métodos de W&B, W&B modificado y Dumas
(Tabla 2 ) se utilizó un diseño completamente aleatorizado y
se realizó el análisis de varianza utilizando el procedimiento
PROC GLM incluido en las rutinas del programa Statical Analy-
sis System (SAS Institute, 1996). Cuando hubo diferencia sig-
nifica entre los tratamientos se empleó el test de la diferencia
mínima significativa (LSD), con un nivel de significancia del
0,05%.Para calcular el COT a partir de W&B, se multiplicaron
los valores de CFO por el factor de 1,32. Se realizó análisis de
correlación y regresión de los métodos y se evaluó si las regre-
siones diferían en pendiente y ordenada al origen con la recta
1:1, mediante la utilización de variable Dummy, al nivel de sig-
nificancia del 0,05% Para comparar si las pendiente entre CFO
y COT (Dumas), y LOI (calcinación) y COT (Dumas) difieren
de los factores reportados por la bibliografía (1,32 y 1,724) se
utilizaron los límites de confianza al 95% de dichas pendien-
tes (SAS Institute, 1996).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las muestras se seleccionaron con el objetivo de cubrir
un amplio rango de concentración de COT (0,63 a 8,99
g 100g-1). En la Tabla 2 se presentan los resultados para
evaluar la veracidad y precisión de los métodos, W&B, W&B
modificado y de Dumas. El método más exacto fue el de
Dumas debido a que presentó el menor sesgo, DRP y CV%,
resultados que concuerdan con los obtenidos por McCarty
et al.
(2002) y Konare
et al.
(2010). Si bien existen diferen-
cias significativas entre los contenidos de COT según las
técnicas, las mismas surgen como consecuencia de la baja
variabilidad y por utilizar una gran cantidad de repeticiones
(n=15). De todos modos, desde el punto de vista agronó-
mico, la diferencia entre las medias son pequeñas (4 y 6%
respecto del método de Dumas). Aunque, los métodos W&B
y W&B modificado presentaron un CV mayor al obtenido
por el método de Dumas, se consideran aceptables ya que
los mismos fueron menores al 5% (Tabla 2).
Se determinó una estrecha relación (p < 0,01) entre los
contenidos de CFO, COT y MO, determinados por medio
de los métodos de W&B, W&B modificado y el método de
LOI, con los contenidos de COT determinados por el método
de Dumas (Fig. 1). En todas las regresiones de la Figura 1
se obtuvieron r2 > 0,98. Cuando se eliminaron las dos
muestras (puntos) con elevado contenido de COT, no se
observó diferencia significativa en los coeficientes de las
relaciones ni en el r2 con respecto a los gráficos mostrados
(datos no mostrados). Grewal
et al.
(1991) reportaron
también elevados coeficientes de correlación trabajando
en suelos de Nueva Zelanda de textura arenosa a arcillosa.
Si bien los resultados de la Tabla 2 indican que el método
de Dumas es el más exacto, aunque el más costoso, los
Método
Walkley & Black Walkley & Black mod. Dumas
Media (g 100g-1) 3,18*a 3,12*b 3,00*c
DS 0,04 0,07 0,03
CV (g 100g-1) 1,13 2,21 0,95
Sesgo (g 100g-1) 0,19 0,13 0,01
DRP 6,35 4,35 0,33
Tabla 2. Promedio (g 100g-1), desvío estándar (DS), coeficiente de variación, sesgo (%), diferencia relativa porcentual
(DRP) de carbono orgánico total (estándar de referencia Leco), determinado por los métodos Walkley & Black, Walkley
& Black modificado y Dumas.
Table 2. Mean (g 100g-1), standard deviation (DS), coefficient of variation (CV%), trueness (%), percent relative
difference (DRP) of total organic carbon (Leco standard reference), determined by Walkley & Black, modified Walkley
& Black and Dumas methods.
*Valor de Referencia del estándar Leco, Carbono (g 100g-1) = 2,99+/-0,06.
*Valores seguidos por la misma letra no difieren significativamente según el test de la mínima diferencia significativa (LSD) al
5% de probabilidad.
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resultados de la Figura 1 sugieren que cualquiera de las
otras metodologías pueden ser usadas con elevado grado
de confiabilidad.
La mayoría de las muestras utilizadas en este estudio
correspondieron a suelos de textura franca (Tabla 2). La
inversa de la pendiente de la relación entre el CFO deter-
minado por la metodología de W&B y el COT determina-
do por el método de Dumas fue de 1,317 (Fig. 1a). Dicho
valor, no difirió del factor 1,32 recomendado por Walkley
& Black (1934) para convertir CFO en COT, esto se debe
a que el coeficiente 1,32 se encuentra dentro del intervalo
de confianza (1,26 a 1,35) con una probabilidad del 95%.
Grewal
et al.
(1991), determinaron un factor de correc-
ción de 1,25 para suelos de textura franco arcillosa y fran-
co arenosa de Nueva Zelanda. Galantini
et al
. (1994) de-
mostraron que para suelos de textura arenosa se oxida un
mayor porcentaje del C y por ende el factor de conversión
es menor que en suelos de textura más fina.
La pendiente de la relación entre el COT determinado
por la metodología de W&B modificado y el COT deter-
minado por el método de Dumas no difirió de 1 (p < 0,01);
y la ordenada al origen no difirió de 0 (p < 0,05), indicando
que ambas metodologías no defieren en la cuantificación
de COT (Fig. 1b). Estos resultados difieren de los informa-
dos por Konare
et al.
(2010), para suelos de Malí (este de
África), quienes indicaron que el método de combustión
seca sobrestimó ligeramente la concentración de C respec-
to de la metodología de W&B modificado (en promedio
1,08g kg-1).
En la Figura 1c se puede observar que la pendiente de
la relación entre la MO determinada por LOI y el COT
determinado por el método de Dumas (1,697) no difirió
significativamente del valor de 1,724 propuesto por Van
Bemmelen y ampliamente utilizado para la conversión de
COT a MO, debido a que este factor se encuentra dentro
del intervalo de confianza (1,67 a 1,72) con una probabi-
lidad del 95%. La inversa de la pendiente índica que la
concentración de C en la MO fue de 58,9% en lugar de 58%.
Desde el punto de vista agronómico esta diferencia es muy
poco relevante (menos del 2%). Konen
et al
. (2002), utili-
Figura 1. Relación entre el porcentaje de: carbono fácilmente oxidable (CFO) (Walkley & Black) (a), carbono orgánico total (COT) (Walkley & Black modificado)
(b), materia orgánica (MO) (calcinación, LOI) (c), y el porcentaje de COT determinado por el método de Dumas. (d) Relación entre el contenido de materia
orgánica (MO) determinado por calcinación (LOI) y por el método de Dumas (valores estimados). Línea punteada equivale a la recta 1:1.
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zando este método, informaron relaciones de regresión que
van desde r2 de 0,94 a 0,98, pero las pendientes de las
regresiones difieren entre grupos de suelos de diferentes
texturas. Cómo se mencionó, Galantini
et al
. (1994) re-
portaron que se pueden encontrar concentraciones de C
desde el 58% en la MO humificada hasta 40-42% en la
MO joven o restos vegetales, por lo que es probable que
este factor sea mayor en suelos de textura más gruesa debido
a la mayor proporción de MO jóven. En línea con estos
resultados Konare
et al.
(2010), trabajando con suelos que
en su mayoría presentaban bajo contenidos de arcilla (4
a 18%), informaron un factor de conversión de COT a MO
de 2,8. Por otra parte, es conveniente aclarar que de utilizar
la metodología de Dumas en suelos con presencia de car-
bonatos se sobrestima el contenido de C y por lo tanto, se
obtendría un menor factor de conversión (Abella & Zimmer,
2007).
Cuando se estimó la MO multiplicando el contenido
de COT (Dumas) por el factor de Van Bemmelen (1,724)
y se relacionó con el contenido de MO (LOI), la pendien-
te no difirió de 1 (P<0,01) y la ordenada al origen fue di-
ferente de cero (Fig. 1d). Estos resultados indican que la
MO se puede estimar con elevada exactitud con cualquie-
ra de las dos metodologías. Cuando se separó la población
de datos en contenidos bajos (0 a 2%), medios (2 a 4%)
y altos (mayor que 4%) de COT se obtuvieron ajustes
similares (datos no mostrados), pero se observó que, para
las muestras con contenidos de 0 al 2% de COT, las cuales
provinieron de suelos de textura arenosa, el factor de con-
versión 1,724 no fué el más adecuado (Fig. 1d). Con lo cual,
se esperaría obtener un factor de conversión de COT
(Dumas) a MO mayor a 1,724 para este tipo de suelos, pero
el escaso número de muestras de este trabajo no permite
realizar este análisis y obtener resultados confiables. Esto
sugiere que deberían realizarse estudios que determinen
este factor en suelos con diferentes texturas. Abella & Zim-
mer (2007), trabajando en suelos con presencia de carbo-
natos determinaron una baja asociación entre estas me-
todologías y una pendiente menor a 1. Estos autores su-
gieren que el método de Dumas sobreestimó la concen-
tración de COT en suelos con presencia de carbonatos.
Los resultados obtenidos son promisorios en vista de
la no producción de residuos tóxicos del método de LOI
respecto de la metodología de W&B y del menor costo
comparado con el método de Dumas. Además, como el
método de LOI utiliza una temperatura de 360 °C, esta
metodología podría utilizase en suelos con o sin carbona-
tos. Sin embargo, para la conversión de MO por LOI a COT
sería necesario estimar el factor para suelos de diferentes
texturas.
CONCLUSIONES
Para los suelos ensayados de la Región pampeana y
extrapampeana de textura franca y sin presencia de carbo-
natos la metodología de determinación de COT de Dumas
mostró mayor veracidad y precisión respecto de las demás
técnicas evaluadas, pudiéndose utilizar como método de
referencia. No obstante, se determinó una elevada asocia-
ción entre las distintas metodologías de determinación de
COT, lo que habilita el uso de cualquiera de los demás mé-
todos evaluados. Para el método de W&B se confirmó el
factor de 1,32 para convertir CFO a COT. Para el método
de LOI es factible utilizar el factor de 0,58 para convertir
MO a COT.
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