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Introducción
Entre las propuestas de manejo sustentable del suelo, se encuentra la incorporación de residuos vegetales, incluyendo composta, vermicomposta, residuos de cosechas, acículas de pino, pajas, cascarillas y biocarbón (Ceccagno et al., 2019; Orozco-Gutiérrez y Lira-Fuentes, 2020). El biocarbón es un material sólido poroso rico en carbono obtenido por la conversión termoquímica de biomasa vegetal en un ambiente limitado de oxígeno (Sánchez-Reinoso, Ávila y Restrepo, 2020). La incorporación de este producto como enmienda al suelo puede mejorar algunas de sus propiedades fisicoquímicas y biológicas: capacidad de retención de agua, densidad aparente, pH y contenido de materia orgánica (Escalante-Rebolledo et al., 2016). Además, facilita el laboreo del suelo y mejora su estructura (Sánchez-Pilcorema, Condoy, Sisalima, Barrezueta y Jaramillo, 2020). En consecuencia, su aprovechamiento puede incrementar la productividad de las plantas y diversificar el uso de los residuos orgánicos generados en la agricultura (Puentes-Escobar y Rodríguez-Carlosama, 2021; Rodríguez-Solís, Badilla y Moya, 2021).
El aporte de nutrientes del biocarbón al suelo está determinada por la especie vegetal empleada como materia prima, técnica de elaboración, temperatura y presión del reactor. En este sentido, Liu et al. (2020) reportan en soya (Glycine max L.) un incremento de altura de planta, número de vainas, rendimiento de semilla y biomasa con la aplicación de 5% de biocarbón obtenido a partir de paja de maíz (Zea maiz L.) mediante la técnica de pirolisis a 450 °C durante 2 h. En sorgo (Sorghum bicolor L.) cultivado en suelo franco-arenoso Videgain-Marco et al. (2020) con aplicaciones del 3% de biocarbón de brotes de vid (Vitis vinífera L.) producido mediante la técnica de pirolisis a 400 °C reportan un incremento de 52% en peso de raíces. Por su parte, Manolikaki y Diamadapoulos (2019) en plantas de maíz (Zea mays L.) reportan una mejora en la acumulación de biomasa con la aplicación de 2% de enmienda como biocarbón obtenido de residuos de vid en un suelo franco-arenoso.
Por otro lado, la albahaca tailandesa (Ocimum basilicum var. thyrsiflora) es una planta herbácea aromática y medicinal de crecimiento rápido, con un amplio rango de tolerancia ambiental (Atiphasaworn, Monggoot, Gentekaki, Brooks y Pripdeevech, 2017). Además, es una de las especies aromáticas más apreciadas por sus compuestos bioactivos tales como fenoles y flavonoides con efectos antioxidantes benéficos para la salud humana (Sumaira et al., 2017; Ramírez-Aragón et al., 2019). En México, en el año 2020 se produjeron 3103.4 toneladas de albahaca, que generó un valor de producción de $ 49 231 220.00 pesos (SIAP, 2020). Sin embargo, son escasos los estudios del biocarbón sobre el crecimiento en cultivos aromáticos de importancia económica, como la albahaca que se utiliza principalmente en alimentos, medicina tradicional y cosméticos. Por lo anterior, el objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto del biocarbón de ápices de caña de azúcar en el crecimiento de albahaca tailandesa.
Materiales y Métodos
Ubicación del experimento y material vegetal
El estudio se llevó a cabo en un invernadero tipo túnel con cubierta plástica color blanquecino (30% de sombra) y malla antiáfidos en las paredes laterales ubicado en el campo experimental de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, México, (18° 58’ 51” N y 99° 13’ 55” O; a una altitud de 1866 m). La temperatura y humedad promedio dentro del invernadero fue de 22.3 °C y 56.1%, respectivamente. El biocarbón de ápices de caña de azúcar (BACA) fue obtenido con el método de carbonización hidrotérmica (HTC, por sus siglas en inglés) a 200 °C por 19 h descrita por Velázquez-Maldonado et al. (2019) y Pérez-Cabrera et al. (2021). Se utilizaron semillas de albahaca tailandesa cultivar Thai, de la empresa Huerto Aspic (Ciudad de México).
Los tratamientos consistieron de mezclas de BACA con suelo con las siguientes proporciones: 7, 14, 21 y 28% (v:v), donde el testigo empleado fue el suelo sin BACA. La textura del suelo empleado fue de textura franco arenoso, pH de (7.0) y CE (0.5 dS m‑1). La concentración de nutrientes del suelo y el biocarbón (pH de 4.5 y CE de 0.5 dS m-1) se presentan en el Cuadro 1. Se utilizó un diseño completamente al azar con ocho repeticiones. La unidad experimental consistió en una planta por maceta.
Manejo del cultivo
Las semillas de albahaca tailandesa fueron sembradas en charolas de poliestireno de 200 cavidades con turba comercial Sunshine mix 3 (Sun Gro Horticulture) para su germinación. El trasplante se realizó el 21 de febrero de 2020, en macetas de polietileno rígido de 2 L de capacidad. A partir del trasplante, el riego se aplicó de forma manual en drench y consistió en aplicar 0.5 L de solución nutritiva de Steiner a concentración del 25% por maceta con fines de mantenimiento del cultivo, según requerimiento hídrico del cultivo. Los fertilizantes comerciales utilizados para preparar la solución nutritiva fueron Ca(NO3)2, KNO3, MgSO4, K2SO4 y KH2PO4. Los micronutrientes se agregaron con la mezcla comercial Ultrasol Micro Mix, SQM® con base al suministro de 3 mg L-1 de hierro (Fe), es decir, dosis de 20 g por cada 500 L de solución nutritiva, también el pH de la solución nutritiva se ajustó entre 5.5 y 5.7 con ácido sulfúrico.
Parámetros evaluados
Las variables se evaluaron 33 días después del trasplante (ddt): altura de planta, se determinó desde la base del tallo hasta el ápice, con una regla graduada en cm. La materia fresca, se cuantificó al pesar tallo y hojas en una báscula Scout Pro SP401, OHAUS® (EUA) con una precisión de 0.01 g. La materia seca se obtuvo con la materia fresca cosechada secada en una estufa de aire circulante DHG9097A, Luzeren® (China), a 70 °C hasta peso constante. El área foliar se determinó con un medidor de área foliar LI-3100C, LI-COR® (EUA),expresado en cm2. También se cuantificó el contenido relativo de clorofila (unidades SPAD), con un medidor portátil de clorofila SPAD 502 Plus, Minolta® (Japón), en hojas recientemente maduras y completamente extendidas que estaban ubicadas en el dosel medio de la planta.
Concentración nutrimental foliar
El muestreo para el análisis químico foliar se realizó a los 33 ddt. Se determinó N-total con el método micro Kjeldahl, P se determinó por la metodología de amarillo vanadato molibdato en un espectrofotómetro UV-Visible Genesys 20® (EUA). Ca y Mg se determinaron en un espectrofotómetro Varian modelo SpectrAA-50® y K se determinó en un flamómetro modelo 410Sherwood® (Inglaterra) (Cruz-Alvarez et al., 2020).
Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza y cuando hubo efecto de tratamiento se realizó una comparación de medias con la prueba de Tukey (P ≤ 0.05). En todos los casos se empleó el programa de análisis estadístico de Statistical Analysis Software versión 9.1. (SAS, 2003).
Resultados y Discusión
Altura, materia fresca y seca, área foliar y lecturas SPAD
En altura de planta no hubo diferencias (P≤ 0.05) entre los tratamientos (Cuadro 2). Estos resultados difieren con lo reportado por Jabborova, Ma, Bellingrath y Wirth (2021) quienes encontraron diferencias estadísticas en la altura de la planta de albahaca (Ocimum basilicum L.) con aplicaciones de biocarbón de residuos de cereza (Prunus serotina) respecto al testigo. Por otro lado, Alburquerque et al. (2014) mencionan que no encontraron diferencias estadísticas en el crecimiento de girasol (Helianthus annuus L.) 'SH-25' con la aplicación de biocarbón de astilla de pino (Pinus sp.) y de restos de podas de olivo (Oleo europaea), lo cual puede deberse a la propia naturaleza del tipo de biocarbón, rico en carbono, pero relativamente pobre en nutrientes. Por otra parte, Pérez-Salas, Tapia, Soto y Benjamin (2013) aplicaron biocarbón de madera de melina (Gmelina arborea) en banano (Musa AAA) y reportaron un incremento de 104% en altura de planta en comparación con el testigo. Al respecto, Azcón-Bieto y Talón (2013) mencionan que el crecimiento de las plantas esta influenciado por varios factores que va desde la regulación génica hasta las condiciones edafoclimáticas.
Cuadro 2: Altura, materia seca, área foliar y lecturas SPAD de albahaca tailandesa cultivadas en mezclas de biocarbón de ápices de caña de azúcar (BACA) a los 33 días después del trasplante.
Table 2: Height, dry matter, leaf area and SPAD readings of Thai basil grown on sugarcane top biochar (BACA) mixtures at 33 days after transplanting.
Tratamiento |
Altura |
Materia seca |
Área foliar |
Lecturas SPAD |
cm |
g |
cm2 |
||
Testigo |
17.9 a* |
1.8 b |
132.8 b |
38.5 a |
BACA 7% |
18.4 a |
2.4 a |
205.1 a |
39.2 a |
BACA 14% |
17.5 a |
2.2 ab |
139.2 b |
39.4 a |
BACA 21% |
17.5 a |
2.0 ab |
145.3 b |
42.2 a |
BACA 28% |
17.2 a |
2.0 ab |
152.4 b |
40.1 a |
2.8 |
0.5 |
44.6 |
5.6 |
|
8.2 |
11.1 |
14.8 |
7.2 |
*Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según la prueba de Tukey (P ≤ 0.05); DMS = diferencia mínima significativa; CV = coeficiente de variación.
*Different letters in the same column indicate significant differences, according to Tukey’s test (P ≤ 0.05); DMS = minimal significant difference; CV = coefficient of variation.
En materia fresca hubo diferencias (P ≤ 0.05) entre los tratamientos (Figura 1). El mejor tratamiento como medio de crecimiento fue el BACA 7% ya que produjo la mayor materia fresca con 17.9 g, que representa un incremento de 45.1% comparado con el testigo, el cual presentó el valor más bajo con 12.3 g, mientras que, los tratamientos BACA 14%, BACA 21% y BACA 28% fueron iguales (P ≤ 0.05). Estos resultados pueden deberse a que el biocarbón mejora las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo (Moreno-Riascos y Ghneim-Herrera, 2020), además de mejorar la efectividad y aprovechamiento de los fertilizantes (Niola-Sornoza, Quevedo, García y Noles, 2021). También los tratamientos BACA 21% y BACA 28% fueron superiores al testigo. En este sentido, Silva, Fernandes, Colen y Sampaio (2017) al evaluar diferentes biocarbones a partir de cascarilla de arroz a 10%, aserrín 7% y sorgo ensilado 7% en el cultivo de frijol (Phaseolus vulgaris), reportaron que los biocarbones promovieron el crecimiento de las plantas de frijol al generar mayor número de vainas, número de granos, por tanto, mayor producción de materia seca en grano de frijol. Por su parte, Tenesaca-Martínez, Quevedo y García (2020) en el cultivo de banano (Musa x paradisiaca L.) clon Williams reportaron que las aplicaciones de biocarbón en dosis de 50 y 75 g más fertilización química (10 g de Yaramila Complex) por planta fueron las dosis adecuadas para el crecimiento y desarrollo de las plantas comparadas con el tratamiento control, mientras que dosis de 100 g de biocarbón retardó el crecimiento de las plantas.
Respecto a la materia seca en las plantas cultivadas en el BACA 7%, BACA 14%, BACA 21% y BACA 28% fueron iguales (P ≤ 0.05). Asimismo, se observa que los tratamientos BACA 14%, BACA 21% y BACA 28% estadísticamente son iguales al testigo. El tratamiento BACA 7% presentó el mayor valor obtenido para la producción de materia seca, es decir, incrementó 35.2% el peso de materia seca respecto al testigo quien obtuvo el menor valor con 1.8 g por planta (Cuadro 2). Los resultados obtenidos estuvieron influenciados por la composición química del biocarbón (Cuadro 1). Al respecto, Cuenca-Rivera, Quevedo y García (2019) mencionan que el uso del biocarbón como enmienda al suelo aumenta la retención de humedad, corrige el pH y reduce las pérdidas de nutrientes, ya que, el biocarbón tiene una alta capacidad para absorber y retener cationes de forma intercambiable, debido a su gran área superficial y a sus cargas negativas. En general, la materia seca de las plantas cultivadas en las mezclas de biocarbón estuvieron por encima de los valores obtenidos por el testigo. En este sentido, Alburquerque et al. (2014) indican que el biocarbón tiene efectos positivos sobre el crecimiento de las plantas, además, señala que podría utilizarse como reservorio de carbono en suelos agrícolas. No obstante, Carter, Shackley, Sohi, Boun y Haefele (2013) mencionan que es necesario realizar investigaciones a mediano y largo plazo.
En cuanto al área foliar, hubo diferencias (P ≤ 0.05) entre los tratamientos (Cuadro 2). Las plantas cultivadas en el tratamiento BACA 7% tuvieron mayor área foliar con 205.1 cm2, mientras que la menor área foliar se obtuvo en el testigo con 132.8 cm2, es decir, la dosis de 7% de biocarbón de ápices de caña de azúcar generó un aumentó de 54.5% en el área foliar comparado con el testigo. Al respecto, Sánchez-Reinoso et al. (2020) mencionan que la aplicación de biocarbón como enmienda al suelo mejora las características físicas y químicas, incluyendo la fertilidad. Esto puede deberse a la interacción biocarbón-suelo que favorece el crecimiento y rendimiento de los cultivos.
Respecto al contenido de clorofila no hubo diferencias (P ≤ 0.05) en las lecturas SPAD en las hojas de albahaca en las condiciones del presente estudio (Cuadro 2). Los resultados encontrados en esta investigación se pueden deber a la eficiencia de la planta para absorber nutrientes en el suelo y el biocarbón (Cuadro 1), lo cual se vio reflejado en una mayor producción de materia fresca, seca y área foliar como lo reportaron Tamayo-Aguilar et al. (2021)) en cultivo de estragón (Artemisia dracunculus). Es importante mencionar que las plantas de albahaca tailandesa no observaron deficiencias nutrimentales; no obstante, en el caso del nitrógeno, se ha reportado que las lecturas SPAD se correlacionan con el contenido de clorofila foliar y que la concentración de nitrógeno en la planta se relaciona con la concentración de nitrógeno disponible en el suelo (Ribeiro da Cunha, Katz, de Pádua y Martínez, 2015; Mendoza-Tafolla et al., 2019).
En resumen, las plantas cultivadas en mezcla de suelo con biocarbón al 7% presentaron los valores mayores en altura, materia fresca y seca, y área foliar, por lo tanto, es el tratamiento óptimo para producir albahaca tailandesa en las condiciones inherentes en que se desarrolló esta investigación.
Concentración nutrimental foliar
En el análisis químico foliar hubo diferencias (P≤ 0.05) entre los tratamientos para N-total, P y Ca (Cuadro 3). La mayor concentración de N, P y Ca en las hojas se encontraron en el tratamiento BACA 21% con 44.3, 9.6 y 12.6 g kg-1, respectivamente. Para el K y Mg no hubo diferencias entre los tratamientos. Sin embargo, no existe una tendencia clara sobre la concentración nutrimental y la dosis del biocarbón mezclado al suelo. En general, el N, P, Ca y Mg en los tratamientos con biocarbón de ápices de caña de azúcar tuvieron valores por encima del testigo, con excepción del K. Estos resultados pueden deberse al contenido nutrimental del biocarbón (Cuadro 1); al respecto, Medina y Medina (2018) mencionan que la cantidad y dinámica de la liberación nutrimental de los biocarbones depende principalmente del tipo de biomasa, técnica empleada en su elaboración, así como de la temperatura de conversión.
Cuadro 3: Concentración nutrimental foliar en albahaca tailandesa cultivada con mezclas de biocarbón de ápices de caña de azúcar (BACA).
Table 3: Foliar nutrient concentration in Thai basil grown with mixtures of biochar from sugarcane tips (BACA).
Tratamiento |
N-total |
P |
K |
Ca |
Mg |
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - g kg-1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - |
|||||
Testigo |
30.4 c* |
6.6 c |
72.3 a |
8.6 c |
3.8 a |
BACA 7% |
38.0 abc |
7.9 bc |
80.0 a |
11.1 abc |
4.2 a |
BACA 14% |
40.3 ab |
8.8ab |
86.8 a |
11.4 ab |
4.1 a |
BACA 21% |
44.3 a |
9.6 a |
99.0 a |
12.6 a |
3.9 a |
BACA 28% |
35.7 bc |
8.5 ab |
71.9 a |
9.4 bc |
4.5 a |
8.0 |
1.5 |
27.6 |
2.6 |
1.1 |
|
7.8 |
7.0 |
12.5 |
9.2 |
10.1 |
|
*Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según la prueba de Tukey (P ≤ 0.05); DMS= diferencia mínima significativa; CV = coeficiente de variación.
*Different letters in the same column indicate significant differences, according to Tukey’s test (P ≤ 0.05); DMS = minimal significant difference; CV = coefficient of variation.
De acuerdo con los resultados obtenidos, es conveniente realizar más investigaciones en otras especies de plantas aromáticas para evaluar los beneficios potenciales del biocarbón en el crecimiento de cultivos de importancia económica.
Conclusiones
El biocarbón de ápices de caña de azúcar incorporado a dosis de 7% en un suelo franco arenoso mejora el crecimiento de plantas de albahaca tailandesa, expresado en el incremento de 45.1% en el peso de materia fresca, 35.2% en el peso de materia seca, así como 54.5% en el área foliar en comparación al testigo.
Disponibilidad de Datos
Los conjuntos de datos utilizados o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.
Contribución de los Autores
Conceptualización: P.J.L. y C.A.P.C. Metodología: P.J.L., C.A.P.C. y J.A.H. Análisis formal: I.A.T., R.C.B., L.A.V.A. y G.A.S. Investigación: I.A.T., D.A.C., R.C.B., G.A.S. y L.A.V.A. Recursos: P.J.L. y J.A.H. Escritura: preparación del borrador original: C.A.P.C. y P.J.L. Escritura: revisión y edición: C.A.P.C, P.J.L., D.A.C., y L.A.V.A. Supervisión: P.J.L y J.A.H.
