Introducción

La producción convencional que involucra el uso excesivo de fertilizantes sintéticos y plaguicidas, es esencial para garantizar la seguridad alimentaria de la creciente población humana (^{Huang, Pray, y Rozelle, 2002}). Sin embargo, dicho método de producción ha ocasionado importantes daños directos e indirectos al medio ambiente (^{Beman, Arrigo y Matson, 2005}). Por lo anterior, es necesario adoptar estrategias que proporcionen una nutrición óptima a las plantas con una menor contaminación ambiental, pero que a la vez permitan mejorar los rendimientos de cultivo (^{Haley y Reed, 2004}). La agricultura orgánica es un sistema de producción que sustituye el uso de fertilizantes sintéticos por insumos orgánicos debidamente inspeccionados y certificados para proporcionar los nutrimentos necesarios a los cultivos (^{Muller et al., 2017}). Este sistema tiene como principales desafíos aumentar los rendimientos de los cultivos, reducir la contaminación ambiental y mejorar el manejo de nutrimentos, promoviendo la equidad social en el campo (^{Tuomisto, Hodge, Riordan y Macdonald, 2012}). Sin embargo, los fertilizantes orgánicos dependen de la degradación microbiana y química para convertir los nutrimentos unidos orgánicamente en iones disponibles para las plantas, lo anterior origina problemas para hacer coincidir la disponibilidad de nutrimentos disueltos en el medio de cultivo con la demanda de las plantas, (^{Cavigelli, Teasdale y Conklin, 2008}). Además, se ha indicado que debido a que los fertilizantes orgánicos comerciales certificados derivan de diferentes fuentes (vegetales, animales o minerales), estos pueden producir un efecto diferente en los cultivos (^{Khandaker, Rohani, Dalorima y Mat, 2017}). Por otro lado, una innovación prometedora y respetuosa con el medio ambiente sería el uso de bioestimulantes naturales de plantas (BP) que mejoran la floración, el crecimiento de las plantas, el cuajado, la productividad de los cultivos y la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN), varios de ellos presentes en las enmiendas orgánicas, incluyendo los ácidos húmicos y otros (^{Colla y Rouphael, 2015}). Debido a la relevancia de este tema, aunado a la escasa información sobre la fertilización orgánica en tomates de especialidad, el presente estudio tuvo como objetivo determinar el efecto de diferentes fuentes orgánicas de N y una proteína hidrolizada a base de pescado sobre el crecimiento, rendimiento, atributos morfológicos y de calidad de fruto en tomate uva cultivado en condiciones de invernadero bajo el sistema de subirrigación no recirculante.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

La fertilización inorgánica y orgánica, según la fuente de N y dosis, causaron diferentes respuestas en la altura de planta, diámetro de tallo e índice SPAD durante el crecimiento de las plantas de tomate uva. La altura de planta presentó diferencias estadísticas en los meses evaluados (Cuadro 4), observándose que un mes después del trasplante los efectos de los tratamientos orgánicos T4, T5 y T6 fueron similares al tratamiento inorgánico (T7), reflejando éste, mayor altura de planta que el resto de los tratamientos. En el segundo mes los tratamientos T5 y T7 presentaron mayor valor; pero, del tercer al quinto mes después del trasplante los efectos de los tratamientos orgánicos T5 y T6 fueron similares a T7, con una altura de planta al final del experimento de 218.63, 225.53 y 266.90 cm, respectivamente. El diámetro de tallo presentó diferencia significativa del segundo al quinto mes después del trasplante; los tratamientos orgánicos T1 y T5 presentaron un diámetro de tallo similar a T7 durante dichos meses, con valores al final del experimento de 1.03, 1.09 y 1.17 cm, respectivamente. El índice SPAD presentó diferencias significativas únicamente en el cuarto y quinto mes después del trasplante, donde los tratamientos orgánicos superaron al tratamiento T7 en el cuarto mes; asimismo, en el quinto mes de evaluación, a excepción del T6, los tratamientos orgánicos superaron al tratamiento inorgánico T7 (Cuadro 4).

La aplicación de fertilización orgánica modificó la altura de planta de tomate uva al final de la temporada de crecimiento del cultivo; en promedio, los tratamientos orgánicos registraron 200.8 cm de longitud y 0.98 cm de diámetro de tallo, mientras que el inorgánico superó a los tratamientos orgánicos tanto en longitud como en diámetro de tallo en un 24.77 y 16.24%, respectivamente. Aun cuando varió únicamente una fuente de N en los tratamientos orgánicos, se observaron plantas de mayor altura en las etapas evaluadas en los tratamientos T5 y T6. Dichos tratamientos variaron del resto de los tratamientos orgánicos por la fuente de N a base de hidrolizados de proteína de pescado con soluciones nutritivas al 100 y 120%, respectivamente. A su vez, las plantas con mayor diámetro de tallo desde el segundo al quinto mes de evaluación se presentaron en los tratamientos T1 y T5, siendo la fuente de nitrógeno a base de harina de cuerno y pezuña e hidrolizado de proteína de pescado, respectivamente, ambas a una concentración al 100%. La mejor respuesta del tratamiento T5 pudo responder al hidrolizado de proteína de pescado, ya que se ha reportado que mejora el crecimiento de las plantas (^{Colla et al., 2014}; ^{Xu y Mou, 2017}), atribuyéndolo al aumento de la absorción, asimilación y metabolismo de los nutrientes como resultado del aumento de la actividad microbiana del suelo, la mejora de la movilidad y la solubilidad de los micronutrientes (Fe, Mn y Zn) (^{Cristiano et al., 2018}; ^{Ertani, Schiavon, Muscolo y Nardi, 2013}; ^{Lucini et al., 2015}; ^{Santi, Zamboni, Varanini y Pandolfini, 2017}). Al finalizar el ciclo experimental, los tratamientos orgánicos presentaron mayores valores SPAD, superando al inorgánico en 13.8%. ^{Bergstrand, Löfkvist y Asp (2018)} indicaron que la menor concentración de clorofila en plantas fertilizadas de manera orgánica pudo deberse a la lenta liberación de nitrógeno. En este trabajo se observaron diferencias significativas en el contenido relativo de clorofila hasta el cuarto mes de evaluación, lo que pudo deberse al insuficiente suministro o disponibilidad de N antes de dicho período en el caso de los tratamientos orgánicos, ya que su disponibilidad no es inmediata debido a que se requiere de un proceso de mineralización. En este contexto, la cantidad y la tasa de mineralización de N en fertilizantes orgánicos está en función de las condiciones ambientales, así como de la composición del suelo o sustrato (^{Agehara y Warncke, 2005}; ^{Bi, Evans, Spiers y Witcher, 2010}; ^{Stadler et al., 2006}). Asimismo, ^{Gaskell y Smith (2007)}, señalaron que los sub-productos de origen animal son ricos en proteínas y, por lo tanto, ofrecen una buena fuente de N para los cultivos. Esto último, puede explicar el hecho de que los tratamientos orgánicos tuvieron un efecto similar en cuanto a valores SPAD con respecto al tratamiento inorgánico, principalmente al inicio del experimento.

El número de frutos por racimo, a excepción del segundo racimo, y el número de frutos total por planta fueron influenciados de manera significativa por los tratamientos (Cuadro 5), con mayor número de frutos por planta en los tratamientos T5 (104) y T7 (111). Sin embargo, en el primer racimo evaluado el tratamiento inorgánico T7 presentó el mayor número de frutos por racimo que los tratamientos orgánicos, en tanto que en el tercer racimo los tratamientos orgánicos T4 y T5 presentaron similar número de frutos por racimo al tratamiento inorgánico T7, superando al resto de los tratamientos. A su vez, en el cuarto racimo los tratamientos orgánicos T3, T4 y T5 presentaron similar número de frutos por racimo al inorgánico T7. El peso fresco de fruto presentó diferencia significativa en cada uno de los racimos evaluados, así como en el promedio de éste parámetro, presentando en el primer, segundo y tercer racimo evaluado un mayor peso fresco por fruto en el tratamiento inorgánico T7; sin embargo, en el cuarto racimo los tratamientos orgánicos T1, T5 y T6 presentaron un peso fresco por fruto similar al tratamiento inorgánico T7; mientras que, en promedio, el tratamiento inorgánico T7 superó por un 21% el peso fresco por fruto obtenido en los tratamientos orgánicos (Cuadro 5). El rendimiento de los racimos evaluados y el rendimiento total por planta fueron afectados significativamente por los tratamientos, obteniéndose un rendimiento por planta mayor en el tratamiento T7, superando a los tratamientos orgánicos en 31.6%. Sin embargo, durante la evaluación de cada uno de los racimos se observó que en el primer racimo el rendimiento fue superior en el tratamiento T7; mientras que, algunos de los tratamientos orgánicos en el segundo (T1 y T5), tercer (T1, T2 y T5) y cuarto (T2, T3, T4 y T5) racimo presentaron un rendimiento por racimo similar al tratamiento inorgánico T7 (Cuadro 5).

Una de las limitantes en la producción orgánica de cultivos es precisamente los bajos rendimientos comparado a los sistemas de fertilización inorgánica, en el que se ha reportado un rendimiento alrededor de 20% menor que el obtenido con fertilizantes convencionales (^{Ponisio et al., 2015}; ^{De Ponti, Rijk e Ittersum, 2012}; ^{Thorup, Dresbøll y Kristensen, 2012}). Esta limitante es atribuida a la baja disponibilidad de los nutrimentos presentes en los fertilizantes orgánicos, principalmente el N (^{Cavigelli et al., 2008}; ^{Montagu y Goh, 1990}). En este trabajo se corroboraron dichos efectos, toda vez que en promedio, los tratamientos orgánicos reflejaron un rendimiento total de 31.6% menor que el tratamiento inorgánico. Entre los tratamientos orgánicos el T5 fue el que registró el mayor rendimiento total, con una diferencia de 19.4%, comprobando el efecto de la fuente de los fertilizantes orgánicos usados en la producción de frutos, a pesar de que la cantidad de nutrimentos adicionados fue similar entre los tratamientos orgánicos al 100 y 120%. El T5 proporciona un porcentaje de N a través de la fuente de hidrolizado de proteína de pescado (PHYTAFISH^®), lo que pudo marcar la diferencia en el rendimiento obtenido entre los tratamientos orgánicos. En este trabajo se observó que el menor rendimiento total obtenido en los tratamientos orgánicos fue debido a la obtención de frutos de menor peso fresco y, a excepción del T5, al menor número y tamaño de fruto por planta, lo que concuerda con lo reportado en otras investigaciones (^{Bilalis et al., 2018}; ^{Ronga et al., 2017}), los cuales señalaron que el número de frutos por planta fue influenciado de manera significativa por los diferentes regímenes de fertilización, donde la aplicación de la fertilización inorgánica resultó en un mayor número de frutos por planta con respecto a la fertilización orgánica.

Asimismo, se observa en los últimos racimos evaluados la producción de fruto de algunos tratamientos orgánicos fue similar al del tratamiento inorgánico, lo anterior probablemente se debe a que en esta etapa la disponibilidad de nutrientes en el medio haya aumentado, cubriendo la demanda de las plantas cultivadas con fertilizantes orgánicos, sin embargo, esta mejora en la producción de fruto no fue suficiente para igualar o superar el rendimiento logrado en el tratamiento inorgánico.

El diámetro longitudinal del fruto mostró diferencias estadísticas significativas en el segundo, tercer y cuarto racimo (Cuadro 6). En el segundo y tercer racimo, el tratamiento inorgánico T7 exhibió el mayor diámetro longitudinal, en tanto que en el cuarto racimo los tratamientos orgánicos T1, T5 y T6 presentaron un diámetro longitudinal similar al del tratamiento T7, superando al resto de los tratamientos. Sin embargo, el mayor diámetro longitudinal se observó con el tratamiento inorgánico T7, superando en 5.8% a los orgánicos.

El diámetro transversal de fruto fue afectado en todos los racimos, a excepción del primero. En el segundo y tercer racimo el tratamiento inorgánico T7 registró el mayor diámetro transversal de fruto, en tanto que en el cuarto racimo los tratamientos T1 y T7 presentaron el mayor valor, siendo similar entre ambos; los tratamientos T1 y T7 exhibieron los valores mayores (2.25 y 2.29 cm, respectivamente) (Cuadro 6).

La firmeza del fruto y los sólidos solubles totales (SST) fueron afectados por los tratamientos en los racimos evaluados. La firmeza fue mayor en los tratamientos orgánicos T1 y T4, superando al inorgánico T7 en 10.3 y 6%, respectivamente. En el primero de los racimos, los tratamientos orgánicos T1 y T5 superaron la firmeza obtenida con el inorgánico T7, en tanto que en el segundo racimo los tratamientos orgánicos T1, T3 y T4 y en el tercer racimo los orgánicos T1 y T4 fueron similares al inorgánico T7. En el cuarto racimo, la firmeza de fruto fue mayor en el tratamiento orgánico T1. La variable SST fue mayor en el tratamiento orgánico T4, superando en 18% al tratamiento inorgánico T7. Se observó que SST fue mayor en los tratamientos orgánicos en el primer (T1, T3 y T4), segundo (T1, T4 y T6) y tercer racimo (T1, T3. T4, T5 y T6), en tanto que, en el cuarto, los tratamientos orgánicos T2, T3 y T4, fueron similares al inorgánico T7 (Cuadro 7).

De las propiedades del fruto, se ha reportado que, en la producción orgánica, los frutos de tomate contienen cantidades más altas de SST en comparación con tomates cultivados convencionalmente (^{Bilalis et al., 2018}; ^{Rickman-Pieper y Barrett, 2008}), pero no todos los estudios han coincidido en este aspecto (^{Polat, Demir y Erler, 2010}; ^{Guajardo et al., 2018}). Según los resultados, los frutos de las plantas tratadas orgánicamente obtuvieron 11.20% más de SST que los frutos con el tratamiento inorgánico. Con excepción del cuarto racimo, se obtuvo menor SST que los tratamientos orgánicos en todos los racimos evaluados a pesar de que con este tratamiento se obtuvo mayor rendimiento (datos no mostrados). Asimismo, se ha indicado que el contenido de SST es inversamente proporcional al tamaño de la fruta (^{Beckles, 2012}), lo cual concuerda con el mayor valor de SST en los frutos de menor tamaño obtenido en los tratamientos orgánicos. En este contexto, ^{Preciado-Rangel et al. (2011)} y ^{López-Martínez et al. (2016)}, señalaron que la solución nutritiva Steiner mostró mayor rendimiento y tamaño de fruto, aunque las más altas concentraciones de sólidos solubles totales correspondieron a los tratamientos con solución nutritiva de origen orgánico. La mayor acumulación de sólidos solubles en el fruto pudiera deberse, por una parte, a una menor absorción y acumulación de agua por los frutos, y para superar este problema los frutos acumulan solutos orgánicos como azucares simples (glucosa, fructosa y sacarosa), con lo que se logra disminuir el potencial osmótico, facilitando así la absorción de agua en los frutos (^{Plaut, Grava, Yehezkel y Matán, 2004}; ^{Goykovic y Saavedra, 2007}), y por otra parte a la alta concentración de sales particularmente de Na y Cl en la solución aplicada (^{Wu y Kubota, 2008}). Por último, se observa una mayor concentración en los frutos obtenidos en el tratamiento T4, ya que en este se obtuvieron frutos de menor tamaño y peso fresco que el resto de los tratamientos orgánicos. Actualmente, ha crecido la preferencia de los consumidores por alimentos con alta calidad y cultivados con técnicas amigables con el ambiente (^{Lozano et al., 2018}).

Por otra parte, el pH, CE, NO₃ ^- y K⁺ en la solución lixiviada mostraron tendencias diferentes, según la fertilización inorgánica y orgánica (Figura 1). El pH del lixiviado se incrementó a lo largo del experimento en todos los tratamientos. A los 120 y 150 DDT el tratamiento inorgánico T7 presentó un pH mayor que los orgánicos, en tanto que los orgánicos T2 y T5 presentaron un menor pH durante el estudio (Figura 1A). La CE menor se registró en el tratamiento inorgánico T7. La CE del lixiviado de los orgánicos aumentó de los 5 a 120 DDT, entre ellos, T3 y T4 presentaron una CE menor en el lixiviado, en tanto que la del lixiviado del inorgánico T7 aumentó de los 5 a 30 DDT, observándose constante posteriormente (Figura 1B). La concentración de NO₃ ^- del lixiviado de los tratamientos orgánicos se mantuvo constante de los 5 a 90 DDT aumentando durante los 120 y 150 DDT, en tanto que en el inorgánico T7 se incrementó a los 30, 120 y 150 DDT (Figura 1C). La concentración de K⁺ en el lixiviado fue mayor en los orgánicos, incrementando conforme trascurrieron los DDT con una mayor concentración en el T4, en tanto que el inorgánico T7 presentó una concentración de K⁺ estable durante el periodo evaluado (Figura 1D).

Figura 1: Tendencia de la concentración de NO₃ ^-, K⁺, pH y CE en el lixiviado en función del tipo de fertilización aplicada (orgánica e inorgánica). Las barras representan la desviación estándar de la media. 

Figure 1: Trend of NO₃ ^-, K⁺, pH y CE concentration in leachate according to the type of fertilization applied (organic and inorganic). Bars represent the standard deviation of the mean. 

Por otra parte, el pH del lixiviado se incrementó en los tratamientos conforme avanzó los DDT, con un mayor incremento en el tratamiento inorgánico T7 al final del experimento alcanzando un pH de 7.10, mientras que, en promedio, los tratamientos orgánicos alcanzaron un pH de 6.22; sin embargo, el mayor pH del tratamiento inorgánico T7 no pareció afectar el crecimiento y rendimiento de las plantas de tomate. Por otro lado, la CE es un indicador indirecto de la concentración de sales en una solución (^{Yan et al., 2011}). En la fertilización inorgánica los nutrimentos están disponibles inmediatamente en su forma iónica en el medio, en tanto que en la fertilización orgánica los nutrimentos deben pasar por el proceso de mineralización para estar disponibles en forma iónica (^{Bergstrand et al., 2018}). Lo anterior implica que la CE sería mayor en el tratamiento control conforme transcurrieron los DDT, según lo ha reportado ^{Rippy et al. (2004)}, sin embargo, en este trabajo la CE fue menor en el tratamiento inorgánico y se mantuvo constante después de los 30 DDT, alcanzando un máximo a los 150 DDT de 3.90 mS cm^-1; mientras que en los tratamientos orgánicos la CE tendió a incrementar conforme pasaron los DDT, con un máximo a los 120 DDT (8.28 mS cm^-1). Lo anterior puede obedecer a que al aplicar los nutrientes en forma iónica (tratamiento inorgánico), existió una mayor absorción, reduciendo la cantidad de sales del medio, mientras que en los tratamientos orgánicos los iones al tardar más tiempo en liberarse provocaron el incremento de la CE. Por otro lado, ^{Bergstrand et al. (2018)} reportaron que la concentración de NO₃ ^- en el medio de crecimiento con fertilización orgánica se mantuvo baja en las primeras semanas, aumentando después de 3 a 5 semanas de establecido el cultivo de Pelargonium. En esta investigación se observó una tendencia similar en cuanto a la concentración de NO₃ ^- en el lixiviado, con una concentración bajo y constante hasta los 90 DDT en todos los tratamientos orgánicos respecto al tratamiento inorgánico. La baja concentración de NO₃ ^- en el lixiviado de los tratamientos orgánicos durante los 90 DDT, pareció obedecer a que la tasa de absorción de la planta fue superior a la mineralización, reduciendo su concentración en el medio de crecimiento y, por lo tanto, en el lixiviado.

Se observó que los atributos morfológicos de fruto: perímetro, área, anchura a media altura, anchura máxima, altura a media anchura, altura máxima, área y grosor de pericarpio fueron afectados por los tratamientos. Por su parte, el índice de forma del fruto (I y II) no mostró efectos significativos entre los tratamientos evaluados (Cuadro 8). Los descriptores morfológicos de fruto que se evaluaron, el perímetro, área, anchura a media altura y anchura máxima, exhibieron valores mayores en plantas fertilizadas con la solución inorgánica (T7). Por otra parte, para las variables altura a media anchura y altura máxima de fruto, los tratamientos orgánicos T3, T5, T6 y el tratamiento convencional T7 mostraron valores estadísticamente similares. Los descriptores relacionados a la sección latitudinal de fruto, área y grosor de pericarpio, fueron mayores en plantas fertilizadas con la solución inorgánica (T7). La descripción de cada atributo morfológico de fruto se muestra en la Cuadro 8.

En cuanto a los atributos morfológicos de fruto en este trabajo, aun cuando el tratamiento control presentó los valores mayores, se observó que algunos tratamientos orgánicos presentaron un comportamiento similar, principalmente los tratamientos T3, T5 y T6, ratificando el mejor comportamiento de estos tratamientos T5 y T7 en los parámetros de producción y calidad de fruto. Dicha similitud en los efectos de la fertilización orgánica e inorgánica en los caracteres morfológicos de los frutos de tomate uva ha sido reportado por ^{Lozano et al. (2018)}, principalmente en los componentes de las mediciones básicas. Dichos autores al someter plantas de tomate uva a nutrición orgánica e inorgánica, no observaron diferencias en los componentes del índice de forma de fruto, lo cual se observó en este trabajo; sin embargo, para estos descriptores los tratamientos orgánicos e inorgánicos mostraron valores mayores que 1, que indican frutas alargadas.

Conclusiones

La nutrición orgánica no aumentó el rendimiento de tomate uva con respecto a la nutrición convencional; sin embargo, contribuyó a obtener frutos de mayor calidad, así como un crecimiento y atributos morfológicos similares a la nutrición inorgánica. Se confirma que la dosis y la fuente de la nutrición orgánica influyeron en el comportamiento del cultivo, con una mejor respuesta al emplear como dosis de N el hidrolizado de proteína de pescado al 100%.