Introducción

Las zonas áridas se consideran terrenos marginales para el desarrollo del sector agropecuario, debido a sus altas temperaturas, baja y errática precipitación pluvial y alta evaporación, así como a suelos y aguas de riego de baja calidad (^{Al-Ajmi et al., 2009}). Sin embargo, dichas condiciones representan un desafío para la producción convencional de forraje en cantidad y calidad para la alimentación del ganado (^{García et al., 2005}). A pesar de las desventajas mencionadas, la actividad agropecuaria se ha incrementado notablemente en las zonas áridas (^{Rao, 2008}), lo que ha provocado el agotamiento de agostaderos, e incluso, la extinción de especies de su flora nativa (^{López et al., 2009}). Asimismo, se utilizan practicas inadecuadas para la producción de forraje, como la aplicación excesiva de fertilizantes y sistemas de riego inapropiados, en algunos casos ocasionando contaminación de suelos y aguas subterráneas (^{Endo et al., 2000}). Además, cada vez es mayor el abatimiento de los niveles freáticos debido a la extracción intensiva de agua subterránea para riego en estas zonas, lo cual restringe el desarrollo y sustentabilidad del sistema agropecuario (^{Salazar et al., 2009}). En consecuencia, es de suma importancia el uso de tecnologías alternativas para la producción de forraje que consideren el ahorro de agua, rendimiento sostenible, calidad nutrimental, flexibilidad en la transferencia y costo de tecnología con mínimos impactos negativos sobre el ambiente.

Ante dicha situación, la producción de forraje verde hidropónico (FVH), representa una alternativa de producción de forraje no-convencional, ya que permite producir forraje durante todo el año en pequeñas superficies de terreno, utilizando estructuras de forma vertical en lotes apilados a varios niveles (^{FAO, 2001}), obteniendo altos rendimientos por unidad de superficie y un ahorro considerable de agua (^{Al-Karaki, 2011}). La producción de FVH es sencilla, por lo cual solo es necesario el establecimiento de condiciones adecuadas de temperatura, humedad y luz (^{Sneath y McIntosh, 2003}), además, favorece el uso eficiente de agua (^{Al-Karaki y Al-Hashimi, 2012}). El FVH puede incluirse en la dieta de animales mono y poligástricos al ser un alimento altamente nutritivo (^{Rodríguez et al., 2005}), utilizándose como suplemento o reemplazo de uno o más componentes de la ración diaria (^{Morales et al., 2009}; ^{García et al., 2013}). En los sistemas de producción hidropónicos la fertilización se realiza por medio de una solución nutritiva, que se elabora con fertilizantes de alta solubilidad, generalmente importados, lo que incrementa significativamente los costos de producción. Una alternativa para disminuir los costos y la dependencia de fertilizantes sintéticos, es la utilización de algunos materiales orgánicos líquidos como el lixiviado de vermicomposta (^{Pant et al., 2009}; ^{Preciado et al., 2011}), el cual puede ser aplicado en sistemas de riego presurizado (^{Shrestha et al., 2012}), por lo que es de utilidad en sistemas de producción intensiva en ambientes protegidos, además de que promueve el reciclaje de residuos orgánicos. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de dos soluciones nutritivas (inorgánica y orgánica) sobre el rendimiento y calidad nutrimental de forraje verde hidropónico de maíz.

Materiales y métodos

El estudio se realizó en un invernadero ubicado en el Instituto Tecnológico de Torreón, Coahuila, México, localizado en las coordenadas 25º 35' 56" N y 103º 22' 52" O, a una altitud de 1120 m. Semillas de maíz (Zea maíz L.) cultivar "San Lorenzo" con germinación de 95%, fueron depositadas en recipientes de plástico de 20 L de capacidad, perforados en las paredes laterales y en el fondo. Los recipientes con la semilla fueron introducidos en un contenedor, el cual contenía una solución de Ca (OH)₂ en agua potable (1 g L^-1) durante 24 h para escarificar y eliminar patógenos de las semillas. Al término del tiempo mencionado los botes fueron extraídos del contenedor y se desechó el exceso de la solución; posteriormente, los recipientes con las semillas fueron cubiertos con plástico negro y colocados en un cuarto oscuro. Una vez transcurridas 24 h, las semillas germinadas con radículas de 1 a 1.5 cm de longitud fueron sembradas en bandejas de plástico de 35 × 53 × 5 cm, empleándose una densidad de siembra de 2.5 kg de semilla por m² (^{López et al., 2009}).

Los tratamientos consistieron en (a) agua potable como testigo, (b) una solución nutritiva convencional (SNC) formulada con fertilizantes inorgánicos, según la recomendación de Rodríguez et al. (2005) y (c) una solución nutritiva orgánica (SNO) formulada con lixiviado de vermicomposta. La SNC se preparó en el depósito utilizado para el propósito experimental, para lo cual se utilizaron fertilizantes inorgánicos, incluyendo nitrato de potasio (110 g L^-1), fosfato monoamónico (34 g L^-1), fosfato monopotásico (18 g L^-1), sulfato de magnesio (123 g L^-1), nitrato de calcio (208 g L^-1), sulfato de cobre (0.12 g L^-1), sulfato de manganeso (0.62 g L^-1), molibdato de sodio (0.01 g L^-1) y quelato de fierro (2.12 g L^-1). La SNO fue preparada de acuerdo a las indicaciones de ^{Ingham (2005)}, las cuales se resumen en los siguientes pasos: (1) verificación de la homogenización en el mezclado de los componentes, (2) revisión de la condición microbiológica, (3) registro de la aereación en el proceso original de composteo o vermicomposteo y (4) verificación de la homogeneidad de la solución final. El confinamiento de la vermicomposta se realizó en un contenedor para obtener los lixiviados a nivel de vivero en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Torreón con fines de investigación y de transferencia a los productores, manteniendo un registro de la temperatura y humedad semanalmente durante el período de la descomposición.

El riego de las bandejas con los diferentes tratamientos se realizó sobre la parte aérea del forraje mediante aspersión cada hora durante un lapso de 2 a 3 min desde las 9:00 hasta las 18:00 h, concluyéndose la aplicación de los mismos dos días antes de la cosecha. La cosecha se realizó catorce días después de la siembra colocando en cada bandeja el total de tejido vegetal (forraje), incluyendo la parte aérea, raíces y semillas sin germinar, a lo que se le cuantificó el peso fresco con báscula granataria para estimar el rendimiento en kg m^-2. Otras variables componentes del rendimiento evaluadas fueron la altura de las plántulas, medida con una regla graduada desde la base de la bandeja hasta el ápice y la conversión semilla-forraje fresco (CSF), la cual indica los kg de forraje producidos por kg de semilla utilizada (^{Vargas, 2008}). A su vez, el uso eficiente de agua (UEA) se determinó como el rendimiento de materia seca (MS) de FVH en kg m^-3 de agua, cuantificándose el volumen de agua utilizado incluyendo el lavado de bandejas, desinfección de semillas, humedecimiento de semillas germinadas y riegos de plántulas en las bandejas. Las variables de calidad nutrimental del forraje fueron MS, proteína cruda (PC), fibra neutro-detergente (FND) y fibra ácido-detergente (FAD). Los valores de MS y PC se obtuvieron de acuerdo al método de ^{AOAC (2000)}. FND y FAD se cuantificaron mediante los procedimientos reportados por ^{Van Soest et al. (1978)}.

Se aplicó un diseño experimental completamente al azar con diez repeticiones por tratamiento, donde la unidad experimental fue una bandeja. Los resultados se sometieron a un análisis de varianza y las diferencias entre medias se contrastaron con la prueba de rango múltiple de Tuckey (P < 0.05), mediante el programa de cómputo Statistica ver. 10 para Windows.

Resultados y discusión

Rendimiento

Los resultados obedecen a las diferencias evidentes en la composición nutrimental de las dos soluciones nutritivas (Cuadro 1), especialmente en el contenido de N (90% menos en la SNO), elemento determinante en el rendimiento y calidad de FVH (^{FAO, 2001}), así como en el uso eficiente del agua (69% más eficiente en la SNO que en el testigo), recurso trascendental en zonas áridas y semiáridas (^{Al-Karaki, 2011}), lo cual corrobora lo encontrado por ^{Brueck (2008)}. Dicha eficiencia sería mayor si se utilizara un sistema hidropónico de circuito cerrado. Las soluciones nutritivas elevaron significativamente (P < 0.05) el rendimiento, altura de planta, CSF y uso eficiente de agua con respecto al testigo, sin diferencia entre ellas (Cuadro 2), lo cual reafirma la información reportada con anterioridad sobre la necesidad de aplicar fertilizantes con proporciones de elementos mayores y menores mejor balanceadas, según los requerimientos de la producción intensiva de forraje. Al respecto, ^{Sneath y McIntosh (2003)} y ^{García et al. (2003)} señalaron que el suministro adecuado de nutrientes es un factor determinante para la obtención de altos rendimientos en cultivos sometidos a altas densidades de siembra como el FVH, lo cual se confirmó al comparar los resultados con el testigo. Los resultados confirman el potencial del lixiviado de vermicomposta en la producción de FVH, al encontrar similitud estadística con el rendimiento que proporciona una SNC.

Cuadro 1 Composición química de las soluciones utilizadas en la producción de forraje verde hidropónico de maíz. 

SNC = solución nutritiva convencional; SNO = lixiviado de vermicomposta; nd = no detectado.

Cuadro 2 Resultados del rendimiento, conversión semilla forraje fresco (CSF), altura y uso eficiente de agua (UEA) en forraje verde hidropónico de maíz bajo diferentes tratamientos de fertilización. 

SNC = solución nutritiva convencional; SNO = lixiviado de vermicompost. CSF = conversión semilla forraje fresco. UEA = uso eficiente de agua.Valores = medias ± desviación estándar. † Valores seguidos de diferente letra en columna indican diferencia estadística significativa (Tukey, P < 0.05)

El potencial de rendimiento similar obtenido con las aportaciones de la SNO y la SNC, se fundamenta en que la SNO además de aportar nutrientes en forma iónica y disponibles para las plantas, está parcialmente compuesta por ácidos húmicos y otras sustancias biológicamente activas, las cuales actúan como reguladores del crecimiento vegetal, favoreciendo un mayor crecimiento en las plantas (^{Theunissen et al., 2010}; ^{Pant et al., 2011}; ^{Pant et al., 2012}). Los valores de las variables obtenidos en las plantas en cada uno de los tratamientos, se encuentran dentro de los intervalos de producción reportados en estudios de FVH de maíz (^{Vargas, 2008}; ^{López et al., 2009}). Lo anterior puede tener un impacto benéfico en la economía de los productores, debido a que los costos de producción del lixiviado de vermicomposta son menores comparados con los de una SNC (^{Wrzodak et al., 2012}).

Calidad Nutrimental

Los componentes químicos de la calidad forrajera (Cuadro 3) evaluados en las plantas de maíz forrajero los diferentes tratamientos en el presente estudio se encuentran dentro de los intervalos reportados como aceptables (^{Vargas et al., 2008}; ^{López et al., 2009}), con resultados más favorables al utilizar soluciones nutritivas convencionales u orgánicas (P ≤ 0.05) (Cuadro 3). El FVH que fue irrigado solo con agua potable presentó la menor calidad nutrimental, debido a la mayor deficiencia de elementos nutrimentales, en especial el N. Al respecto, la FAO (2001) reportó que dicho elemento tiene un efecto altamente significativo en la acumulación de materia seca, en cultivos sometidos a altas densidades de siembra. Asimismo, se ha reportado una relación directamente proporcional entre la fertilización nitrogenada y el contenido de proteína en diversos forrajes (^{Dumont et al., 2005}; ^{Gutiérrez et al., 2006}). La MS y el contenido de PC son indicadores adecuados de la calidad de un forraje, ya que en rumiantes regulan la digestibilidad y en consecuencia, la salud y productividad animal (^{Mejía y Mejia, 2007}).

Cuadro 3 Composición química (base seca) de forraje verde hidropónico de maíz bajo diferentes tratamientos de fertilización. 

SNC = solución nutritiva convencional; SNO: lixiviado de vermicompost; MS = materia seca; FAD = fibra ácido detergente; FND = fibra neutro detergente; PC = proteína cruda. Valores: medias ± desviación estándar. † Valores seguidos de diferente letra en columna indican diferencia estadística significativa (Tukey, P < 0.05).

Los resultados sugieren que la utilización de la SNO puede contribuir a la obtención de FVH con niveles adecuados de proteína, lo que garantiza la fermentación de los carbohidratos estructurales a nivel de rumen (^{Van Soest, 1978}) e incrementar el rendimiento de las bacterias ruminales en el ganado, con lo cual se reduciría el uso de suplementos proteícos (^{Mejía y Mejía, 2007}). Con respecto al contenido de FAD, los valores obtenidos se encuentran dentro de los intervalos reportados por ^{FAO (2001)} y ^{Vargas et al. (2008)}, quienes recomiendan valores menores al 30% para favorecer el consumo de MS por el ganado (^{Aregheore et al., 2006}). Con relación a la FND, los resultados superaron los valores mínimos de la ^{NRC (2001)} de 25% en base seca en forraje, para asegurar durante su consumo una producción suficiente de saliva y regular el pH ruminal, por lo que el FVH puede considerarse como un alimento adecuado. Según ^{Nussio et al. (2000)}, los rumiantes que consumen forraje de maíz con niveles bajos de FND, aumentan el consumo de MS y en consecuencia la producción de leche. Los valores de FND se encontraron dentro de los límites admisibles ya que de acuerdo a ^{Van Soest (1978)}, valores mayores a 55% no son indicados para la dieta de los rumiantes, pues limitan el espacio en el tracto gastrointestinal y por lo tanto el consumo de alimento. En este sentido, la utilización de la SNO en FVH de maíz incrementa el rendimiento y la calidad nutrimental respecto al testigo, con efectos similares a los de la SNC.

Conclusiones

La fertilización en la producción de forraje verde hidropónico (FVH) de maíz incrementó el rendimiento (≥ 19%), el uso eficiente del agua (≥ 50%) y la calidad nutrimental, respecto a la no fertilización. El efecto de la solución nutritiva orgánica (lixiviado de vermicomposta) en el rendimiento y la calidad de FVH de maíz fue estadísticamente igual al de la solución nutritiva convencional, por lo que se confirma el potencial uso sustentable del lixiviado de vermicomposta en la producción de FVH en zonas áridas, que al ser un producto derivado de la ganadería, a partir de materiales de poco uso (estiércoles), las exigencias por contar con fertilizantes de síntesis industrial pueden verse mitigadas, reduciendo los costos y la contaminación agroambiental.