COMPOSTAS Y VERMICOMPOSTA EN PRODUCCIÓN DE TOMATE Y FERTILIDAD DEL SUELO Responsable: Dr. Adolfo Dagoberto Armenta Bojórquez Sinaloa, es el estado mayor productor de tomate con una superficie alrededor de 23 mil ha para consumo fresco, es la hortaliza con mayor demanda nutrimental, los fertilizantes más usados para satisfacer esta demanda, son los nitrogenados, fosforados y potásicos; sin embargo, los dos primeros son los de mayor incidencia en la contaminación del suelo y acuíferos (Castellanos y Peña-Cabriales, 1990; Mulla, et al., 1980). Los fertilizantes nitrogenados se caracterizan por su baja eficiencia en su uso por los cultivos, misma que puede ser menor al 50 % (Keeney, 1982), lo que trae como consecuencia un impacto ambiental adverso, tal como contaminación de mantos acuíferos con NO - 3, eutrofización, lluvia ácida y calentamiento global (Ramanathan, et al., 1985).La roca fosfórica, que es la materia prima de los fertilizantes fosforados, tiene cantidades importantes de cadmio dependiendo del tipo de roca (Gilliam, el al., 1985).Otro problema no menos importante es la contaminación de aguas superficiales y subterráneas con nitratos y la emisión de gases de nitrógeno a la atmósfera (NO y N 2 O) que es consecuencia del uso inadecuado de fertilizantes nitrogenados (Castellanos y Peña-Cabriales, 1990; Puckett, 1995; Gilliam et al., 1985) el riesgo de acumulación de nitratos en frutos y verduras comestibles, así como en acuíferos, lo cual es de alto riesgo para la salud humana cuando la concentración de N-NO 3 supera el 0.2 % en las partes comestibles de las plantas como frutos de hortalizas o verduras (Malakouti et al., 1999) y en agua
potable llega a 10 ppm. El interés creciente de la sustentabilidad de los sistemas de producción agrícola, ha conducido al desarrollo de prácticas pertinentes de cultivo en los últimos diez años. Por otro lado, existe interés creciente en las formas alternativas de manejo de los elementos nutritivos de las plantas, particularmente el papel de los abonos orgánicos principalmente de compostas y vermicomposta.
ANTECEDENTES Los estiércoles producidos cerca de grandes núcleos de población son considerados agentes de desechos cuya utilización agrícola es antieconómica y fuente de un problema de contaminación ambiental; a pesar de lo cual no se les ha prestado atención adecuada. Por tanto, es importante encontrar formas para mejorar el manejo y aprovechamiento agrícola de los estiércoles, para contribuir a incrementar el rendimiento y la calidad de los productos agrícolas, así como para reducir la contaminación ambiental. El método de tratamiento de estiércol más usado en México es su secado al aire libre, para lo cual es depositado en un terreno cercano al establo sin recibir ningún manejo para su composteo (Castellanos, 1984; Young et.al., 1985); requiriéndose de a 12 meses o más para que el estiércol se estabilice mediante un proceso mixto aerobio-anaerobio. Este manejo es la principal razón por la que el estiércol bovino causa graves problemas de contaminación ambiental, ya que se genera una gran proliferación de moscas, se producen malos olores y una gran dispersión y suspensión de partículas finas en el aire. Además el Nitrógeno se volatiliza en forma de amoniaco y se lixivia como nitrato a capas profundas del suelo (Young et.al., 1985). El método y la forma de aplicación del estiércol son factores importantes a considerar para evitar pérdidas de nutrimentos, principalmente Nitrógeno, y mantener la mayor cantidad de esos elementos disponibles para el cultivo. Una forma de mejorar el manejo del estiércol para evitar la pérdida de nutrimentos es separar el estiércol fresco en sus fracciones sólida y líquida, e incorporar o inyectar la fracción líquida al suelo. Simpson (1986) recomienda separar la fracción líquida del estiércol, ya que presenta algunas ventajas como son: una densidad más uniforme; obtener un líquido que se desliza y distribuye con facilidad en el terreno. Schmitt y Rehm (1998) encontraron que de 70 a 90% del P y K aplicados en el estiércol pueden ser liberados al cultivo en el primer año. La disponibilidad de Nitrógeno total para la planta en el primer año representa 25% cuando no es incorporado al suelo, 60% cuando se incorpora en un periodo menor de 12 horas, 45% cuando se incorpora en un lapso menor de cuatro días y 55% cuando se inyecta en forma líquida. La pérdida de Nitrógeno total es de 35%
cuando no se incorpora al suelo; 5% cuando se incorpora antes de 12 horas; 20 % al incorporarse en un lapso menor de cuatro días, y 5% cuando se inyecta en forma líquida. Factores que afectan el proceso del composteo Como se mencionó anteriormente los microorganismos son los encargados de llevar a cabo la descomposición de los materiales orgánicos. Por lo tanto, el éxito del composteo estriba en buena medida en proporcionarles las condiciones más apropiadas para que cumplan su función. Algunos de los factores más importantes que deben ser tomados en cuenta se describen a continuación. Relación entre carbono (C): nitrógeno (N) de los materiales a utilizar De entre los muchos nutrientes requeridos por los microorganismos descomponedores, el nitrógeno (N) y el carbono (C) son los más importantes. El C sirve como fuente de energía y es la base para construir más del 50% del peso de los microorganismos, mientras que el N participa en la formación de proteínas, amino ácidos, y enzimas necesarios para el crecimiento de las células. Se considera que una relación C: N de 25 a 30:1 es la óptima ya que representa un balance entre los dos elementos. Una relación C: N inicial menor a 20:1 en las mezclas no es recomendable porque el contenido de N con respecto al C aumenta lo que ocasiona la pérdida de N en forma gaseosa (amoníaco). Por otra parte una relación C: N mayor a 40:1 en las mezclas induce una descomposición lenta por la falta de N para los descomponedores Tamaño de partícula La velocidad de descomposición de los materiales orgánicos esta íntimamente relacionada con el tamaño de sus partículas. En un volumen determinado, las partículas más pequeñas están sujetas a un mayor ataque por los microorganismos descomponedores que las grandes debido a su mayor superficie de contacto. Sin embargo esto tiene un límite, ya que si las partículas son demasiado pequeñas, se reducen los espacios por donde circula el aire, lo que hace que disminuya la descomposición. Contenidos de humedad y oxígeno La humedad es necesaria para las actividades microbianas. El nivel óptimo para un composteo eficiente varía de 50-60% del peso de las mezclas. La descomposición se detiene completamente cuando el nivel de humedad se
ubica por debajo de 15%. Se ha observado que el proceso de composteo comienza a inhibirse cuando la humedad en la pila se acerca al 40%. Asimismo la descomposición se reduce cuando el nivel de humedad se encuentra por encima del 65%, debido a que el agua ocupa mucho de los espacios por donde circula el aire disminuyendo el oxígeno disponible para los microorganismos descomponedores. Temperatura La temperatura es un indicador del nivel de actividad de los microorganismos que llevan a cabo la descomposición. Como se señaló anteriormente, durante el proceso del composteo se libera una gran cantidad de calor. Este es un fenómeno característico de este método de descomposición, el cual generalmente no se observa cuando los materiales orgánicos son descompuestos de manera natural al incorporarlos al suelo o al apilarlos. Son precisamente las altas temperaturas que se registran en las etapas iniciales del composteo las que permiten eliminar semillas de malezas, microorganismos que causan enfermedades en las plantas y larvas de moscas. Para que esto último ocurra las temperaturas en las mezclas deben alcanzar y mantenerse en los 55 ºC por un período mínimo de 14 días. Composición nutrimental En general, cuando la composta se elabora sólo a partir de estiércol, tiene una composición similar a la fuente de donde se origina; durante el proceso, el material original puede perder cerca del 50% de la materia seca, en forma de bióxido de carbono, agua y amoniaco, lo cual se refleja en el volumen de la composta final (Leggett et al., 1996). Grado de madurez Otro factor que influye en la composición nutrimental de las compostas es el grado de madurez. Una composta hecha a partir de estiércol de bovino y paja de trigo (proporción 2:1 en volumen), aumenta la concentración de N después de 111 días de elaboración, al tiempo que la relación C: N disminuye. Se ha demostrado la supresión de hongos fitopatógenos del suelo en compostas de desechos orgánicos (Hadar y Mandelbaum, 1992). Además su
efectividad en la supresión de Pythium spp. y Rhizoctonia solani, utilizando composta preparada con desechos orgánicos como corteza de madera madura, estiércol de res, y lodos activados (Chen et al., 1987; Hoitink et al., 1999). Chaoui et al., (2002) reportan que la aplicación de vermicomposta suprime las enfermedades de plantas como por ejemplo Phytophthora, Fusarium, y Plasmodiophora en tomate y calabaza, Pythium y Rhizoctonia en pepino y rábano, Verticilium en fresa. Craft y Nelson (1996) encontraron que compostas preparadas de diferentes materiales base puede ser supresor de Pythium graminicola en pasto rastrero. En el proceso del compostaje se pueden distinguir 3 fases: la termofílica ó de calentamiento, la de enfriamiento y la fase de maduración. Los primeros microorganismos que colonizan la pila de compostaje son mesofilicos por ejemplo bacterias mesofilicas, actinomycetos, hongos y protozoarios. Estos crecen entre 10 a 45 C (Cooperband, 2000) y rompen los compuestos fácilmente degradables como son los azucares y aminoácidos (Hellmann et al., 1997). La degradación de la materia orgánica empieza tan pronto como se hace la pila de compostaje, y debido a la acción oxidativa de los microorganismos, la temperatura se incrementa. A pesar de que hay una disminución de ph al inicio del composteo, la degradación de los ácidos conlleva un incremento del ph (Eyhorn et al., 2002). Cuando la temperatura alcanza de 45-50 C, los microorganismos termofilicos reemplazan a los mesofilicos (Hellmann et al., 1997). La segunda fase conocida como fase termófila puede durar varias semanas. Es la fase activa del composteo: la mayor parte de la materia orgánica es degradada por lo que se consume la mayor parte del oxígeno. Después de la fase termofílica que corresponde al punto más alto de la degradación de la materia orgánica fresca, la actividad microbiana disminuye, así como la temperatura. A esta se le llama fase de enfriamiento. La fase de maduración de la composta empieza cuando la temperatura de la composta disminuye y se iguala a la temperatura ambiente. Microorganismos mesofilicos mas específicos colonizan la composta y continúan la degradación de compuestos orgánicos complejos como la lignina. Esta última fase es importante porque en ella se forman las sustancias húmicas que dan lugar a la
composta madura (Cooperband, 2000). La mineralización y humificación ocurren simultáneamente durante el composteo y son los procesos principales. Reacciones bioquímicas durante el composteo. Durante el composteo pueden ocurrir reacciones aeróbicas o anaeróbicas dependiendo de la técnica utilizada. Las transformaciones del nitrógeno durante el composteo involucran muchas reacciones bioquímicas que ocurren durante el proceso de mineralización. La degradación de proteínas urea ó acido úrico, produce amonio (NH 4 ) (Hansen et al., 1990). Durante este proceso, ph, temperatura alta y humedad alta determinan el balance de NH 3 / NH 4 y la emisión de NH 3. Muchos estudios, tales como composteo de la cama de hojarasca y composteo de estiércol de aves, mostraron que el pico más alto de emisión de NH 3 ocurre durante el aumento de la temperatura. Según Sikora (1999), la solubilidad del NH 3, se reduce cerca del 30% cuando la temperatura aumenta de 40 a 55 C y cuando también hay un aumento en el ph. Otro paso de la degradación es la nitrificación, la cual transforma el NH 4 a NO 3 por oxidación bajo condiciones aerobias. Uno de los subproductos de la nitrificación es N 2 O. Aunque el composteo es una transformación aeróbica de la materia orgánica, pueden darse condiciones anaeróbicas, y por consiguiente, también puede ocurrir la desnitrificación (Mahimairaja et al., 1995). La desnitrificación reduce el NO 3 y carbono (Germon y Couton, 1999). Además de la formación de N 2, el N 2 O, NO y NO 2 pueden producirse bajo condiciones no completamente anaeróbicas (He et al., 2000). Durante el composteo, el carbón es transformado en CO 2 e integrado en las substancias húmicas como resultado de la humificación. Dependiendo de la concentración de oxígeno dentro de la pila, puede haber formación de CH 4 (López- Real y Baptista, 1996). La metanogénesis es una reacción bioquímica controlada por bacterias metanogenas, generalmente producidas en suelos ó compostas donde prevalecen las condiciones anaeróbicas (Germon y Henault, 1995). En un estudio de composteo del estiércol de ganado vacuno, López- Real y Baptista (1996) observaron que el pico de emisión de CH 4 entre el quinto y quinceavo día de composteo, ocurría durante la fase termofílica. Este resultado fue confirmado por los estudios de Hellmann (1997), el cual menciona
que el bajo potencial redox y altas temperaturas proveen condiciones adecuadas para el desarrollo de bacterias metanogenas termofílicas. Durante la fase termofílica, la mayor cantidad de O 2 es consumido por microorganismos aeróbicos, de este modo la reducción de la concentración de oxígeno favorece condiciones anaeróbicas para la producción de CH 4 (Ott, 1990). El grado de la actividad biológica dentro de la composta, temperatura y aireación son los factores que principalmente afectan la emisión de los compuestos orgánicos volátiles (Krzymien et al., 1999).
Objetivo General: Encontrar dosificación óptima de biofertilizantes, a fin de reducir significativamente la aplicación de fertilizantes sintéticos de importación en tomate, para elevar la productividad y competitividad del cultivo, e inducir el uso sustentable del recurso suelo Objetivos particulares: 1. Determinar la proporción de vermicomposta óptima, para el desarrollo de plántula de tomate. 2. Determinar el efecto nutrimental de la vermicomposta a diferentes dosis, en condiciones de campo en el cultivo de tomate.
MATERIALES Y METODO Obtención de Vermicomposta: La especie de lombriz utilizada fue Eisenia foetida por ser versátil para digerir cualquier tipo de materia orgánica, y por aguantar cambios bruscos de temperatura y ph. Los sustratos orgánicos evaluados fueron estiércol bovino y ovino, cada sustrato en una cama de 10 m de largo x 1 m de ancho y 0.5 m de altura, cubiertos con malla sombra al 80% de invernadero, para proteger a las lombrices de la luz directa del sol y de depredadores mayores como aves y reptiles. Los parámetros evaluados fueron crecimiento poblacional de lombrices, variación de ph en el sustrato y valor nutrimental de la lombricomposta. El manejo de los sustratos fueron riegos diarios mojando la totalidad de la cama. Se revisó el ph tres veces a la semana y se revolvió cada una de las camas para que el lavado fuera homogéneo. A partir de la segunda semana se sembraron un Kg. de lombrices con aproximadamente 1500 lombrices por metro cuadrado. En ese momento se baja el nivel del riego a unos 35 litros diarios por cama y se protegen de los rayos del sol. Se determinaron las principales propiedades de la vermicompostas elaboradas (ph, CE y contenido nutrimental)
Experimento de invernadero A partir de la vermicomosta obtenida de estiércol vacuno y bovino se realizaron los diferentes tratamientos que consistieron en mezclas a diferentes concentraciones de estos sustratos con el sustrato comercial de peat moss, que se utiliza en invernaderos para producción de plántula de tomate. Cuadro No. 1 Descripción de tratamientos, en experimento de diferentes concentraciones de vermicompostas en plántulas de tomate en invernadero. No. Nombre del Tratamiento Trat. 1 Vermicomposta de estiércol ovino al 40 % 2 Vermicomposta de estiércol ovino al 30 % 3 Vermicomposta de estiércol ovino al 20 % 4 Vermicomposta de estiércol ovino al 10 % 5 Vermicomposta de estiércol ovino al 40 % 6 Vermicomposta de estiércol ovino al 30 % 7 Vermicomposta de estiércol ovino al 20 % 8 Vermicomposta de estiércol ovino al 10 % Parámetros a evaluar a plántula de tomate. Los parámetros a evaluar fueron altura de plántula, peso seco de follaje, contenido de nitrógeno, fósforo y potasio en el follaje. Altura de plántula. Se midieron con una regla graduada, cinco plántulas de tomate por unidad experimental considerando como altura de la plántula la longitud comprendida
desde el inicio de la raíz hasta el ultimo brote, para obtener el promedio de la altura la que se reportó en centímetros. Peso seco de follaje El follaje de cinco plántulas de cada unidad experimental se sacó y se colocaron en bolsas de papel etiquetadas. Estas se introdujeron al horno de secado con recirculación de aire a 70 C por 72 horas, posteriormente se pesaron en una balanza analítica para cuantificar el peso seco en gramos. Porciento de nitrógeno, fósforo y potasio en follaje de plántulas de tomate. Se realizaron análisis de foliares de las plántulas de tomate de macro nutrimentos, nitrógeno, Fósforo y Potasio. Trabajo de campo En condiciones de campo con riego por goteo, se estableció el experimento antes se analizó el suelo en el laboratorio para determinar textura, M.O., ph, N, P, K, Ca, Mg, Na y CE del extracto de saturación. Se caracterizó también el agua mediante análisis químico La preparación del terreno consistió en; rastreo cruzado, paso de niveladora, la formación de la cama con equipo de marca vertederas y posteriormente fue reformada mediante un paso con bordero arrocero. La separación entre las camas fue de 1.6m El establecimiento y evaluación del sistema de riego por goteo consistió en la instalación de tubería principal de PVC de 2" y las cintas de riego de flujo
turbulento, super typhoon # 8-04916 con separación de 9" entre emisores, cada parcela experimental contó con llave de entrada de agua (válvula bola 3/4 "RM- RH), conectada a cada cinta de riego por surco de cada parcela experimental. Posteriormente se evaluó la operación hidráulica del sistema, realizándose aforos en las cintas de riego en diferentes puntos del experimento con probetas de 50 ml, un cronómetro y un manómetro. La parcela experimental fue de dos camas con 10 m de longitud y una separación de 1.6 m entre cama. Tratamientos y diseño experimental en campo. Los tratamientos consistieron en las diferentes combinaciones de vermicomposta con nitrógeno. El fertilizante nitrogenado utilizado fue urea, estos tratamientos se pueden observar en el Cuadro 2. Cuadro 2 Descripción de tratamientos, en experimento de campo. No Nombre del Tratamiento Trat. 1 Fertilización nitrogenada 300 kg de N ha -1 2 Fertilización nitrogenada 225 kg de N ha -1 + vermicomposta 2 t ha -1 3 Fertilización nitrogenada 225 kg de N ha -1 + vermicomposta 4 t ha -1 4 Fertilización nitrogenada 225 kg de N ha -1 + vermicomposta 6 t ha -1 5 Fertilización nitrogenada 150 kg de N ha -1 + vermicomposta 2 t ha -1 6 Fertilización nitrogenada 150 kg de N ha -1 + vermicomposta 4 t ha -1 7 Fertilización nitrogenada 150 kg de N ha -1 + vermicomposta 6 t ha -1 8 Fertilización nitrogenada 75 kg de N ha -1 + vermicomposta 2 t ha -1 9 Fertilización nitrogenada 75 kg de N ha -1 + vermicomposta t ha -1 10 Fertilización nitrogenada 75 kg de N ha -1 + vermicomposta t ha -1 11 vermicomposta 12 t ha -1
El diseño experimental fue de bloques completos al azar con tres repeticiones o bloques, resultando así 33 parcelas experimentales cada una de ellas, consistieron en dos camas de 1.8 m de ancho por diez metros de largo. I 5 8 2 3 6 9 11 4 10 7 2 4 3 1 10 7 9 8 5 11 6 3 1 4 6 2 5 8 7 11 10 9 Fig 1. Distribución de tratamientos en el campo
RESULTADOS PARCIALES OBTENIDOS El ciclo de los cultivos agrícolas como el tomate 2008-2009 no coincide con los informes, pues su ciclo se termina normalmente en febrero a marzo. Por lo que el informe final será en el mes de abril. Las propiedades de la vermicomposta a partir de estiércol bovino y ovino variaron en sus propiedades como se observa en el siguiente Cuadro 4 Cuadro 3. Propiedades de las vermicompostas elaboradas. Compostas Vermicomposta de estiércol Bovino Vermicomposta de estiércol Ovino Propiedades ph 6.9 7.4 CE 7.2 8.4 M.O. 34 39 N (%) 1.1 1.9 P (%) 0.8 1.5 K (%) 1 1.3 Ácidos fúvico 2 3 Ácidos húmicos 6 6 La vermicomposta de estiércol ovino presenta mayor ph y conductividad eléctrica (CE) y contenido nutrimental que la vermicomposta de estiércol bovino. Invernadero. En los resultados de invernadero, se observan mejor desarrollo vegetativo de las plántulas de tomate a la menor concentración de vermicompostas para ambas, sobre todo la vermicomposta de estiércol bovino. En la mezcla de mayor concentración (40%) se reduce el porciento de germinación de la semilla de tomate. La vermicomposta de estiércol bovino se tiene un porcentaje de germinación de 65%, mientras que para la
vermicomposta de estiércol ovino se tiene un 53%, esto es debido a la alta conductividad eléctrica en los sustratos derivados de estas compostas. Cuadro 4. Comparación de medias en altura y peso seco de plántula de tomate, en experimento de invernadero. No. Tratamiento Altura (cm) Peso seco (g) Trat. 1 Vermicomposta de estiércol 5.01c 0.12c ovino al 40 % 2 Vermicomposta de estiércol 8.89b 0.27b ovino al 30 % 3 Vermicomposta de estiércol 9.53b 0.28b ovino al 20 % 4 Vermicomposta de estiércol 12.52a 0.72a ovino al 10 %l 5 Vermicomposta de estiércol 6.1c 0.14c bovino al 40 % 6 Vermicomposta de estiércol 9.0b 0.26b bovino al 30 % 7 Vermicomposta de estiércol 9.53b 0.28b bovino al 20 % 8 Vermicomposta de estiércol 13.73a 0.72a bovino al 10 % Medias con letras iguales en cada columna, son estadísticamente iguales, según tukey (p 0.05). Los resultados de altura y peso seco de plántula de tomate se observan en el Cuadro 4, en donde se tiene que la mejor concentración de ambas vermicompostas es al 10%, seguido por la concentración del 20 y 30% que no presentan diferencias significativas pero si con 40% donde se tiene el menor desarrollo con altura de plántula de 5.01 y 6.1 para vermicomposta de estiércol ovino y bovino respectivamente. LOS RESULTADOS DE CAMPO Y CONCLUSIONES, BIBLIOGRAFIA SE TENDRAN PARA ABRIL DEL 2009