Efecto de la aplicación de un compost funcional para la producción de cultivos

Alicia Mª González Céspedes. Estación Experimental Cajamar
Raúl Moral Herrero. Escuela Politécnica Superior de Orhiuela. Universidad de Elche
Miguel Ángel Domene Ruiz. Estación Experimental Cajamar

INTRODUCCIÓN

Esta contrastado que la aplicación de compost nos proporciona un aumento en la producción de cultivos, mejoras estructurales de suelos y el incremento en la disponibilidad de nutrientes, pero además el uso del compost puede producir otros fenómenos cuya presencia aún no se explica, como el mejoramiento en la germinación, el crecimiento y desarrollo de semillas, las tasas de mineralización en cultivos intensivos, efectos sobre la población microbiana autóctona de un suelo, la disminución en el tiempo de floración y fructificación, el aumento en el tamaño de los frutos, una menor incidencia de enfermedades de los cultivos y la disminución casi total de la población parasitaria de nematodos, entre otros.

Estos beneficios se generan cuando se utilizan cantidades relativamente pequeñas de compost, en rangos del 10-40%; a concentraciones mayores no se han observado mejorías en los cultivos y, en algunos casos, han provocado trastornos en ellos. Las plantas sintetizan de manera natural algunas sustancias, denominadas bioestimulantes y/o reguladores del crecimiento vegetal, que en cantidades pequeñas promueven no sólo el crecimiento vegetal, sino otras funciones fisiológicas (Maich et al., 2003; Canellas y Facanha, 2004; De Clercq et al., 2004). Aún no se sabe con exactitud cuál es la razón o el mecanismo por el cual los composts producen todos estos efectos beneficiosos, similares a los bioestimulantes, en el desarrollo de los cultivos. Generalmente los bioestimulantes son producidos por microorganismos, que aumentan su actividad sobre la materia orgánica del compost, lo que determina la producción de cantidades significativas de bioestimulantes. Los bioestimulantes son mensajeros bioquímicos que regulan el desarrollo normal de la planta, algunos le ayudan a detectar si el ambiente es favorable o no y, además, regulan su crecimiento y diferenciación de tejido, dictando el momento oportuno para su crecimiento y maduración. Los principales grupos de bioestimulantes son: auxinas, citoquininas y giberelinas (Amarjit, 2000; García-Martínez et al., 2002). De manera general, se ha sugerido que durante el compostaje se influye en la dinámica poblacional de los microorganismos generadores del compost, lo que promueve la presencia de compuestos similares a los bioestimulantes como, por ejemplo, auxinas y giberelinas (García-Martínez et al., 2002). Se ha demostrado que algunas fracciones húmicas estimulan el desarrollo y crecimiento vegetal, por lo que también pueden ser consideradas como bioestimulantes (Canellas et al., 2002).

Hasta la fecha, los resultados producidos por los grupos de investigación en todo el mundo han contribuido a avanzar en el conocimiento sobre este tema y fomentar las aplicaciones de compost en la agricultura, también con objetivo de protección de las plantas.

La actividad microbiana durante la maduración del compost puede contribuir indirectamente a la formación de bioestimulantes naturales y moléculas húmicas, que pueden suprimir los efectos de los patógenos (Loffredo y Senesi, 2009). Los sistemas de compostaje son capaces de producir compost de residuos verdes con un valor añadido de supresividad.

El material de partida para realizar el compost indica el tipo de carbono hidrofóbico que va a tener, que a su vez determinará las condiciones específicas asociadas al potencial supresivo del compost (Pane et al., 2013). El aspecto funcional del compost está muy relacionado con la población de microorganismos que se desarrollen, ya que los bioestimulantes o fitohormonas son producidos generalmente por determinadas comunidades microbianas, que aumentan su actividad sobre la materia orgánica del compost, lo que determina la producción de cantidades significativas de bioestimulantes.

Para ello es fundamental el conocimiento de aporte nutricional del mismo y las interacciones que provoca sobre el sustrato que se aporta dicha enmienda orgánica y por supuesto la dosis de aplicación. Para que dicho compost funcional cumpla las expectativas que se esperan de él, será necesario cuantificar el estudio de las interacciones con la microbiota del suelo, a través de su clasificación por el análisis de los ácidos grasos fosfolípidos de las membranas celulares y su cuantificación e identificación por sus esteres metílicos mediante cromatografía gaseosa. Hacer fraccionamiento de la materia orgánica en sus diferentes componentes para ver la calidad de la enmienda generada. Especializados en cuantificar glomalina total y fácilmente extraíble que es un indicador de la evolución en la calidad edáfica que provoca una enmienda orgánica. Por supuesto evaluar la dinámica en el crecimiento microbiano en el compost.

El objetivo principal de este trabajo será la evaluación de diferentes formulados de compost funcional, que se han desarrollado en etapas previas dentro de un proyecto Interconecta llamado bioREFINA¹. La finalidad que se va buscando es que el compost resultante nos aporte varios beneficios en la producción de cultivos como, por ejemplo, que induzca aumento en la producción de cultivos, mejoras estructurales de suelos y el incremento en la disponibilidad de nutrientes, mejoras del crecimiento, en las tasas de mineralización en cultivos intensivos, efectos sobre la población microbiana autóctona de un suelo, entre otras.

MATERIAL Y MÉTODOS

Los ensayos se realizaron en la Estación Experimental Cajamar Las Palmerillas, localizada en el término Municipal de El Ejido (Almería).

TRATAMIENTOS

En etapas anteriores se realizaron ensayos de co-compostaje de 9 mezclas diferentes utilizando lodo de unaempresa de transformados agroalimentarios como ingrediente común a las 9 pilas; 2 mezclas binarias; 6 mezclas ternarias y 2 cuaternarias.

Como materiales co-compostantes, se dio prioridad a los destríos del cultivo de tomate como biomasas internas prioritarias. También se han considerado biomasas externas pimiento, ajo y puerro. Se incluyen los residuos vitivinícolas (resto de poda de la vid), poda de aguacate y biomasa residual emergente del tipo fluvial (Arundo donax) como ingredientes funcionales utilizables en el compostaje funcional.

El sarmiento de vid, la poda de aguacate y el Arundo Donax se han utilizado como agentes estructurantes por su baja densidad aparente y su alta relación C/N, por otro lado, tienen un contenido NPK reducido. Aportan porosidad a la mezcla, facilitando la circulación del agua y del aire, y contribuyen a balancear la relación C/N hacia valores óptimos, en torno a 25-30, necesarios para un buen desarrollo de los microrganismos responsables del proceso, así como la humedad generalmente excesiva en residuos agroindustriales.

De los 9 compost iniciales solo 6 llegaron a su fase final de maduración, con las siguientes nomenclaturas; GVA 26; GVA 27; GVA 28; GVA 29; GVA 31 y GVA 34. Estos 6 compost se evaluaron para poder determinar su efecto en un cultivo de pepino tipo Almería (variedad Litoral), por ser este un cultivo de gran crecimiento y de respuesta más rápida. Además, se evaluó como tratamiento control un compost convencional de restos vegetales de invernadero, lo que determinó 7 tratamientos a estudiar y analizar. Las plantas se trasplantarán con 15 días después de siembra en macetas de 6 litros de volumen, con un sustrato compuesto por un 25% del compost objeto de estudio mezclado con tierra tipo limosa muy pobre en materia orgánica, para ver el efecto en este tipo de suelo. Cada tratamiento consta de 3 repeticiones distribuidas aleatoriamente en la línea de producción, con varias plantas por repetición.

Las macetas se colocarán en unas mesas de drenaje a 40 cm del suelo, localizadas en un invernadero con capillas simétricas de 6,5 m de altura, ventilación pasiva mediante ventanas cenitales y laterales. El manejo el cultivo es el habitual para este sistema. Se utilizó riego por goteo, con goteros de 3 L/h y autocompensantes.

Medidas:

• Medias quincenales de longitud de planta y anchura de hoja (como medida indirecta del área foliar) y presencia de frutos.
• Control de la solución nutritiva, riego y drenaje.
• Medias quincenales de pH y conductividad eléctrica de la solución de drenaje.
• Quincenalmente análisis de la composición química de la solución nutritiva de aporte y drenaje de cada uno de los tratamientos.
• Recolección de los primeros frutos.
• Al final del ciclo se medirá biomasa final de las plantas de control, para ello se separarán las distintas fracciones (hojas, tallos, frutos y raíces), se medirá el peso fresco de cada una y se secaron en estufa ventilada (80ºC) hasta peso constante para determinar el peso. El área de las hojas individuales se determinó a partir de la correlación entre la anchura y la longitud de las hojas y el área del limbo, siguiendo la metodología similar a la empleada por Robbins y Pharr (1987). Para ello se tomará una muestra independiente de hojas, seleccionándolas de forma que cubrieran todo el rango de tamaños presentes en la planta. A cada hoja se midió previamente el ancho (L, cm) entre los extremos de los lóbulos más alejados del peciolo, perpendicularmente a la longitud, y el área foliar (A, cm²) de las mismas con un planímetro electrónico (Delta-T Devices LTD, Cambridge, Reino Unido), para establecer la relación entre el ancho de hoja y área foliar.

Los datos obtenidos fueron analizados estadísticamente mediante Análisis de la varianza (ANOVA) y test de rangos múltiples (Mínima Diferencia Significativa) a un nivel de confianza de P < 0,05, con la ayuda del programa Statgraphics.

^{Imágenes del invernadero donde se han realizado los ensayos y el detalle de los contenedores y ubicación.}

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1.- Composición de partida de los compost

Las características iniciales de los compost evaluados muestran valores en general de pH que se van alcalinizando con el desarrollo del co-compostaje, con valores en torno a 8 excepto GVA 26 (Tabla 1). La salinidad del material va aumentando en función de la pérdida de materia orgánica, que se da de forma intensa, sin alcanzar CE (conductividad eléctrica) valores demasiado elevados para usos agronómicos, el compost GVA 27 alcanzó valores más altos al resto. La relación COT/NT (carbono orgánico y nitrógeno total) es inicialmente baja debido a la elevada componente de lodos y también la baja relación de los restos agroalimentarios, es potencialmente útil pensar en subir el porcentaje de agente estructurante debido a problemas de exceso de N y propiedades físicas de las mezclas iniciales incluyendo elevadas humedades de las mezclas start-up. El compost testigo procede solo de restos vegetales de cultivos hortícolas con valores de materia orgánica bastante inferiores a los compost funcionales elaborados y CE superior al resto de compost excepto el compost GVA 27 (Tabla1).

Los compost finales obtenidos presentan un proceso de concentración de nutrientes esenciales principales como NPK así como de sodio, siendo este último este contenido limitante en usos agronómicos como sustrato único. Destacable en contenido en K asociado al origen de los materiales compostados, es decir los restos vegetales utilizados como restos de frutos y partes comestibles agroalimentarias, etc. (datos no presentados).

2.- Composición de los suelos al final del ensayo.

En general la utilización de los diferentes compost mejoró la estructura del suelo utilizado, aumentando el contenido en materia orgánica (MO) y la relación carbono nitrógeno, parámetros ambos muy importantes para la fertilidad del suelo. En general en todos los suelos analizados presenta un nivel equilibrado de carbono y nitrógeno orgánico, excepto en el tratamiento testigo y GVA 28 con valores algo inferiores, lo que determinó un mayor contenido de nitrógeno en el suelo (Tabla 2).

El suelo original utilizado es un suelo muy pobre en materia orgánica, por lo que el aporte de cada uno de los compost mejora la composición y estructura del suelo. La materia orgánica del suelo es un factor muy importante para la regulación de muchos procesos con la productividad agrícola (Plaster, 2000; Brown, 2002; Courtney y Mullen, 2005). La materia orgánica influye sobe la nutrición de las plantas y estructura del suelo. Según Adams y Early (2004) la materia orgánica es una fuente de nutrientes para las plantas, sobre todo en suelos de baja fertilidad, con menores perdidas de nutrientes por drenaje además favorece la actividad microbiana.

En cuanto a los micronutrientes esenciales se observó que los contenidos en fósforo, nitratos y magnesio de los suelos respecto al suelo original en todos los casos aumentaron, por otra parte, los niveles de potasio disminuyeron, posiblemente por la asimilación por parte de la planta para la producción de frutos. En cambio, como factor negativo se acumula mayor cantidad de sodio, también determinado por el agua de riego, con niveles importantes de sodio. La conductividad eléctrica en el extracto saturado (CEe) del suelo aumenta destacando el tratamiento testigo con valores superiores al resto de suelos, lo que determina suelos salinos y los rendimientos de los cultivos pueden verse afectados, mientras que el resto de los suelos con los diferentes compost funcionales presentaron valores de CEe admisibles para producción de cultivos, siendo suelos moderadamente salinos (Tabla 2) (Castellanos, 2000).

3.- Composición de los drenajes

A lo largo del ensayo se recogieron los drenajes de los diferentes tratamientos y se analizaron los compuestos químicos. Estos valores son los elementos presentes en la solución de riego junto con los compuestos arrastrados de los diferentes suelos, presentando los compuestos nutricionales para los cultivos (Figura 1). El pH y CE va oscilando a lo largo del ensayo llegando a valores más o menos estables y muy similares entre tratamientos, con pH entorno 7,2 y CE 3,2 dS/m (Figura 1). A medida que las plantas van creciendo, las perdidas por drenaje de nitrógeno y potasio van disminuyendo en todos los tratamientos por mayor demanda de estos elementos en el crecimiento vegetativo y productivo, mientras el fósforo y magnesio se mantienen más o menos estable a lo largo del ensayo (Figura 1). La incorporación del compost en los suelos nos proporcionan menores perdidas de nutrientes por drenaje además favorecer la actividad microbiana, en general todos los compost analizados presentaron comportamientos parecidos con respecto a la perdida de nutrientes por drenaje.

4.- Crecimiento y producción

Se puede observar en la Figura 2 que hubo ciertas diferencias entre tratamientos, destacando el tratamiento GVA 26 que presento a lo largo del ensayo menor altura y área foliar significativamente, respecto a las plantas del tratamiento GVA 34 que fue el que mayor crecimiento vegetativo obtuvo, aunque al final del ciclo estas diferencias se redujeron. En cuanto a la producción de frutos, las características del compost afectaron a la producción, aunque no se encontró diferencias significativas, la mayor producción comercial de pepino se encontró en el tratamiento GVA 34, con una producción final comercial de 4 kg/planta, y la menor producción de frutos comerciales se obtuvo el tratamiento GVA 27 (2,8 kg/planta), seguidos de GVA 31, testigo y GVA 26. Se partió de la misma solución nutritiva para todos los tratamientos, de modo que las propiedades y compuestos del compost GVA 34 favoreció positivamente el cultivo de pepino con mayor crecimiento vegetativo y productivo, ya no solo por las mejoras físicas y químicas del propio suelo, si no que posiblemente al efecto sobre el desarrollo de los microorganismos del suelo, estimulando diferentes actividades enzimáticas que favoreció el crecimiento de estas plantas. Las plantas sintetizan de manera natural algunas sustancias, denominadas bioestimulantes y/o reguladores del crecimiento vegetal, que en cantidades pequeñas promueven no sólo el crecimiento vegetal, sino otras funciones fisiológicas (Maich et al., 2003; Canellas y Facanha, 2004; De Clercq et al., 2004).

Las características biológicas del suelo se ven considerablemente modificadas por la adición del compost. De forma general, se incrementa la fauna y la microbiota, ya que se proporciona carbono, nitrógeno y otros elementos esenciales para el crecimiento, además de aportar microorganismos vivos beneficiosos (Pera et al., 1983) lo que a su vez ejerce efectos beneficiosos sobre la estructura, favoreciendo la circulación de agua y aire (Bellapart, 1988).

^{Figura 1. Evolución de la CE, pH, nitrógeno, fósforo, potasio y magnesio de los drenajes de las diferentes plantas de pepino para cada tratamiento de compost evaluados.}

^{Figura 2.- Evolución de la altura, área foliar y producción de las plantas de pepino para cada tratamiento de compost, así como la producción comercial final para cada tratamiento.}

CONCLUSIONES

• La incorporación de compost en un suelo pobre mejoró su composición y estructura del suelo, además favorecer la actividad microbiana. Estos valores pueden estar condicionados por el tipo de material utilizado en la composición del compost como resto de poda y subproductos de cultivos, que favorezcan la microbiota del suelo e induzcan la producción de sustancias bioestimulantes que mejoren el desarrollo y producción de las plantas.
  
• Se incrementó el crecimiento vegetativo y producción de las plantas de pepino con compost procedentes de restos vegetales hortícolas y madera de vid.
  
• Reducción de perdida de nutrientes por drenaje de la solución nutritiva.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido cofinanciado por el proyecto Interconecta “BIOREFINERIA A PEQUEÑA ESCALA DE APLICACIÓN IN-SITU EN ENTORNOS RURALES CON ACTIVIDAD MIXTA AGRÍCOLA Y GANADERA. BIOREFINA”. 00091872/ITC-20161161. Financiado por CDTI, Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial, Ministerio de Economía y Competitividad.

BIBLIOGRAFÍA