Sitio de estudio

La investigación se realizó en el campo experimental (CAE) de la Facultad de Agricultura y Zootecnia (FAZ) de la Universidad Juárez del estado de Durango ubicado en la Comarca Lagunera de Durango, con localización geográfica 25° 46’ 56” N y 103° 21’ 02” O, a 1 110 m de altitud bajo condiciones de malla sombra, la cual consistió en una estructura de soporte de tubo de acero galvanizado con espesor 2 mm de 1.5” de diámetro, con una cobertura de malla antiáfidos (25×25 hilos por pulgada cuadrada) de polietileno color blanco con tratamiento contra de los rayos UV, con un 30% de sombreado.

Tratamientos

Se consideraron seis tratamientos con tres repeticiones. Los tratamientos evaluados se generaron de combinar dos híbridos de tomate (Palermo (Vilmorin^®) y Sahariana (Syngenta^®)), y tres dosis de fertilización (dos dosis; D1 = 40 y D2= 160 Mg ha^-1 de estiércol solarizado y una fertilización química como control; CQ = 280-50-00 N-P-K (urea 46-00-00 y MAP 11-52-00). La estructura fue bajo un arreglo factorial 2×3, y la distribución en bloques al azar, con tres repeticiones. Cada unidad experimental constó de dos camas de siembra de 7 m largo, espaciadas cada 1.2 metros.

Solarización de estiércol bovino

El estiércol bovino se obtuvo crudo (1 semana después de ser evacuado) del establo de la FAZ y se solarizo por 93 días en el CAE de la FAZ en montículos de un metro de altura humedecidos y homogeneizados manualmente con una pala (55% m v^-1) y selladas con una cubierta plástica anti-albedo. La temperatura interna se monitoreo en el centro de la profundidad del montículo con ayuda de un termómetro digital de sonda larga GAIN EXPRESS^® 68022 a las 16:00 horas en los meses de junio-agosto, la temperatura se incrementó llegando a 65 °C asegurando el proceso activo de desinfección de acuerdo a ^{Vázquez-Vázquez et al. (2010)}. Las características químicas del estiércol bovino se muestran en el Cuadro 1. El estiércol bovino solarizado se incorporó en el rastreo 40 días antes del trasplante.

Variables evaluadas en suelo

Los parámetros de suelo se evaluaron al inicio del ciclo a dos profundidades (0 a 15 y de 15 a 30 cm) de acuerdo a la NOM-021 SEMARNAT-2000 (^{SEMARNAT, 2002}). Se determinó pH, conductividad eléctrica (extracto de saturación), materia orgánica (^{Walkley y Black, 1934}), nitratos-amonio (^{Kjeldahl, 1883}) y fósforo (^{Olsen y Sommers, 1982}) (Cuadro 2) y al final del experimento tomando una muestra de suelo por cada unidad experimental. Las características físico-químicas iniciales de suelo, corresponden a suelos con CE ligeramente salino, con contenido medio de MO y con un pH neutro, con una textura arcillosa lo que permite la retención de cationes, dando estabilidad al suelo (^{Sumner, 2000}).

Manejo del cultivo

Se usaron dos híbridos de tomate tipo de saledette adecuados a la región por su resistencia a alta luminosidad y baja humedad relativa Palermo (Vilmorin^®) y Sahariana (Syngenta^®).

En dos charolas para germinación de 200 cavidades (una charola por hibrido de tomate) y utilizando Peat Moss (Terracultt^®) como sustrato, se sembró una semilla por cavidad. Posteriormente, se regó por asperjado y se cubrió con un plástico negro en condiciones ambientales de 25±3 °C y una humedad relativa de 45% (^{Andrade-Sifuentes et al., 2020}). La germinación se registró a los 8 días después de la siembra (dds). Cuando las plántulas de tomate tenían de cuatro a cinco hojas verdaderas con alturas promedio de 12.5 cm (38 dds), se trasplanto en camas de siembra con una distancia entre plantas de 15 cm, con una densidad de plantación de 66 000 plantas ha^-1. El riego fue por cintilla (DripNet PC™) con espacio entre gotero de 30 cm (2 L h^-1) dos veces por semana considerando una evapotranspiración media del 80% del tanque evaporímetro tipo A. Las plantas se podaron a un tallo a los 60 días después del trasplante (ddt). Se guiaron con rafia de polipropileno negro calibre seis. Se cosechó cuatro veces a los 86, 92, 100 y 111 ddt manualmente con ayuda de guantes y tijeras esterilizadas hasta la formación de 9 racimos por planta, cuando los frutos presentaban un color rosado (30 a 60%) de acuerdo a la clasificación de color (^{Coromoto-Alcedo y Reyes, 2018}).

Variables evaluadas en planta

Diámetro polar, diámetro ecuatorial, peso de fruto y sólidos solubles. Para el peso de fruto de cada una de las cuatro cosechas se seleccionaron 16 frutos al azar de cada tratamiento, y se pesaron mediante una báscula digital (Ohaus^® 3729). Los diámetros polar y ecuatorial se midieron con un calibrador milimétrico analógico (Truper^® 14394). Posteriormente se licuaron tres de los frutos con ayuda de un procesador (Oster^® FPSTFP1355) y se homogenizo, se colocó una gota en el refractómetro digital Atago^® PAL-1) para evaluar los sólidos solubles (°Brix).

Nitratos (NO₃ ^-) en el extracto celular de peciolo y NO₃ ^- en fruto fresco de tomate. Durante el experimento a los 86, 92, 100 y 111 ddt se midió NO₃ ^- (mg L^-1) en el extracto celular de peciolos en 10 hojas seleccionadas al azar, se tomó el peciolo de la tercera hoja debajo del punto de crecimiento de cada tratamiento (^{Castro-Brindis et al., 2000}), así como en tres frutos, se maceraron manualmente con un mortero el material vegetal y se midió el contenido de NO₃ ^- con una prueba rápida utilizando el equipo Cardy Horiba^® C-141.

Obtención de extractos para contenido de compuestos fenólicos totales, capacidad antioxidante y licopeno. Se tomo la media de las cuatro cosechas, se analizaron cinco frutos de cada tratamiento, se lavaron y se enjuagaron con agua corriente del grifo para eliminar cualquier impureza durante 2 minutos y se liofilizo (Labconco^® 74000) durante cinco días. Posteriormente el material seco fue pulverizado manualmente (utilizando mortero y pistilo), almacenándose en tubos de plástico a -18 °C hasta la obtención del extracto. Se mezclaron 100 mg de muestra seca en 5 mL de metanol al 80% en tubos plásticos herméticos con tapa de rosca, los cuales fueron colocados en agitador rotatorio (ATR^® AJ118) durante 72 h a 20 rpm a temperatura ambiente (25 °C) (^{Ponce-Fernández, Pollorena, Rosas, Osuna y López, 2021}). Los tubos fueron centrifugados a 3000 rpm durante 5 minutos y el sobrenadante fue extraído y se procedió a determinar el contenido fenólico total, usando una modificación del método Folin-Ciocalteau (^{Esparza-Rivera, Stone, Stushnoff, Pilon y Kendall, 2006}) expresado en mg de ácido gálico equivalente por 100 g de muestra peso fresco de tomate (mg equiv AG 100 g PF), la capacidad antioxidante equivalente en Trolox se evaluó de acuerdo al método in vitro ABTS˙⁺ publicado por ^{Esparza-Rivera et al. (2006)} se reportaron como capacidad antioxidante equivalente en mM equivalente en Trolox por 100 g peso fresco (mM equiv Trolox 100 g PF) y para el contenido de licopeno se usó el método cromatográfico basado en el método citado por ^{Barba, Cámara, Sánchez, Fernández y López (2006)}, todos los análisis fueron realizados por triplicado.

Análisis estadístico

Los datos obtenidos de las variables de respuesta de los factores bajo estudio, así como sus interacciones, fueron analizados por análisis de varianza mediante el paquete estadístico SAS (Statistical Analysis System) (SAS Institute, 1999). Se utilizó la prueba de Tukey (P= 0.05) para la comparación de medias.

Variables del suelo

Se encontraron diferencias significativas para todas las variables del suelo (Cuadro 3). Los tratamientos con 60 Mg ha^-1 de estiércol solarizado presentaron los valores más altos de pH, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO), NO₃ ^-, NH₄ ⁺ y fosforo (P) en la profundidad de 15 centímetros.

pH y conductividad eléctrica

El pH no mostró diferencias significativas, encontrándose un valor promedio de 7.6 en la profundidad de 15 cm. La CE no tuvo diferencias significativas para las dosis de estiércol aplicadas en ninguna profundidad de suelo. Sin embargo, se encontró diferencia para el tratamiento control químico con la menor CE (3.51 dS m^-1) (Cuadro 3). Esto indicó que las dosis aplicadas de estiércol tuvieron efecto en el incremento de la CE en el suelo. Es importante monitorear las dosis de estiércol aplicadas, ya que la mineralización de la materia orgánica presente en los abonos orgánicos libera sales solubles (aniones y cationes), incrementando la conductividad eléctrica y generando problemas de salinidad e inhibición de crecimiento vegetal (^{Trejo-Escareño, Salazar, López y Vázquez, 2013}; ^{Atienza-Martínez, Ábrego, Gea y Marías, 2020}).

Materia orgánica

El mayor porcentaje de MO en suelo fue de 3% para la dosis con 60 Mg ha^-1 de estiércol, siendo estadísticamente similar a la dosis de 40 Mg ha^-1 a la profundidad de 15 cm (Cuadro 3). Por otro lado, el control químico fue el más bajo. Este incremento de materia orgánica evidencia un beneficio al suelo por la aplicación del estiércol (^{Carmo, Lima y Silva, 2016}; ^{Yang et al., 2016}).

Nitratos y amonio

Con 60 Mg ha^-1 de estiércol se encontraron los valores más altos para nitratos y amonio en la profundidad 15 cm con 88.65 mg kg^-1 y 18.07 mg kg^-1, respectivamente (Cuadro 3). El tratamiento control es inferior estadísticamente a los tratamientos con estiércol en el contenido de nitratos y amonio en el suelo. ^{Fortis-Hernández et al. (2009)}, encontraron que la mineralización de la materia orgánica es superior en profundidades inferiores a 30 cm, por las condiciones físicas que facilitan la actividad enzimática de los microrganismos (^{Rivera y Martín, 2004}). Además, se asegura la conversión de nitrógeno orgánico a formas asimilables para las plantas como lo son los nitratos y el amonio (^{Wang et al., 2015}; ^{Zhou, Gu, Schlesinger y Ju, 2016}).

Fósforo

Los tratamientos con estiércol (40 y 60 mg kg^-1) mostraron los valores más altos de fosforo con 43 mg kg^-1, siendo estadísticamente iguales entre ellos, pero superiores al control (Cuadro 3). ^{Karami, Homaee, Afzalinia, Ruhipour y Basirat (2012)}, reportan que los contenidos de fósforo en el suelo se ven afectados significativamente por la aplicación de estiércol bovino.

Diámetro polar, diámetro ecuatorial, peso de fruto fresco y rendimiento de tomate

Existe diferencia significativa para el rendimiento de los frutos de tomate por el efecto de las aplicaciones de estiércol, mientras que para los híbridos solo muestran diferencia para el diámetro ecuatorial (Cuadro 4). El hibrido Sahariana tuvo el mayor diámetro ecuatorial (48.803 mm). El tamaño de fruto fue mayor para el hibrido Sahariana, en promedio en un 10%, en comparación con el hibrido Palermo. Esto difiere a lo reportado por ^{Márquez-Hernández et al. (2013)}, ^{Luna-Murillo et al. (2015)} y ^{González et al. (2016)}, quienes si encontraron diferencias significativas para el diámetro polar y diámetro ecuatorial en fruto de tomate producidos con abonos orgánicos. En general, el rendimiento se incrementó a mayor dosis de estiércol (Cuadro 4). El mayor rendimiento (95.223 Mg ha^-1) fue superior al tratamiento con 40 Mg ha^-1de estiércol, en un 9% con la dosis de 60 Mg ha^-1 de estiércol. ^{Andrade-Sifuentes et al. (2020)} reportaron que en dosis superiores a 100 Mg ha^-1 de estiércol el cultivo de tomate disminuye su producción en promedio 23%, encontrándose los mejores rendimientos con dosis entre 40 y 80 Mg ha^-1. Esta respuesta puede ser atribuida a la mejora la disponibilidad de nutrimentos (Cuadro 3), ya que la correcta biodegradación de la materia orgánica presente en el estiércol, asegura la liberación gradual de nutrimentos y bioestimulantes vegetativos, asegurando el suministro nutrimental para las plantas (^{Espinosa-Palomeque et al., 2020}; ^{Traoré et al., 2022}).

Nitratos (NO₃ ^-) en extracto celular de peciolos, frutos y solidos solubles

El contenido de nitratos (NO₃ ^-) en fruto frescos, NO₃ ^- extracto celular de peciolos y solidos solubles, solo fue afectado por los híbridos de tomate (Cuadro 5). Siendo Sahariana significativamente mayor al hibrido Palermo para NO₃ ^- en fruto y NO₃ ^- en el extracto celular de peciolos en un 75 y 52%, respectivamente. El contenido de nitratos en el extracto celular de peciolos fue superior a los del fruto ya que los nitratos son productos de asimilación metabólica vegetal, siendo necesarios para el crecimiento vegetal con actividad fotosintética (^{Salisbury y Ross, 1992}). A pesar de que no existe diferencia significativa para los NO₃ ^- en el extracto celular de peciolos y fruto, los valores más altos encontrados (1653.3 y 257.57 mg L^-1) fueron en las dosis con 60 Mg ha^-1 estiércol. Los NO₃ ^- se puede tomar como un indicador de disposición de nutrimentos (^{Sánchez-Hernández et al., 2016}). ^{Castro-Brindis et al. (2000)}, encontraron que existe una correlación aceptable entre los NO₃ ^- en el extracto celular de peciolos y el rendimiento del cultivo, siendo una respuesta de la planta a las condiciones de disponibilidad de nutrimentos presentes en las dosis de estiércol aplicado. Para los sólidos solubles, el hibrido Palermo, fue superior en un 7% al hibrido Sahariana (Cuadro 5). Indicando que la calidad organoléptica del fruto de tomate, fue superior en el hibrido Palermo ya que los sólidos solubles se relacionan con la dulzura o acidez (^{Cebolla-Cornejo et al., 2011}). En este estudio se obtuvieron valores superiores a 4 °Brix lo que se considera adecuado para el consumo de fruto fresco de tomate (^{Santiago y Borrego, 2016}). Aunque no existe diferencia, el valor más alto de sólidos solubles (4.25) se obtuvo con 60 Mg ha^-1 estiércol. Es probable que la dosis más alta de estiércol causo un estrés salino en la parte radical, propiciando la síntesis y acumulación de solutos en el fruto como azucares (^{Salisbury y Ross, 1992}) para equilibrar la presión osmótica y mantener hidratada la planta (^{Salas-Pérez et al., 2016}).

Calidad nutraceútica: compuestos fenólicos totales, licopeno y capacidad antioxidante

El mayor contenido de fenoles totales (en un rango de 38.117 a 27.083 mg equiv AG· 100 g PF), licopeno (en un rango de 2.273 a 1.340 mg 100 g PF) y capacidad antioxidante (en un rango de 364.90 a 261.433 µM equiv Trolox 100 g PF) se vio afectado principalmente por la dosis de estiércol de 60 Mg ha^-1. Los fenoles totales, el licopeno y la capacidad antioxidante fueron más altos en 24, 6 y 4%, respectivamente, en comparación al tratamiento químico (Cuadro 6). La interacción de los híbridos y dosis de estiércol tuvieron un efecto significativo superior al 6% en el contenido de fenoles totales, licopeno y capacidad antioxidante con relación al efecto simple de estos (Figura 1). El contenido antioxidante se incrementó al aumentar la dosis de estiércol (Figura 1c). En la interacción de 60 Mg ha^-1 y el hibrido Palermo se obtuvo la mayor cantidad de fenoles totales (42.17 mg equiv AG 100 g PF) (Figura 1b), licopeno (2.37 mg 100 g PF) (Figura 1a) y capacidad antioxidante (373.466 µM equiv Trolox 100 g PF). Es bien conocido que la actividad antioxidante esta correlacionada con el contenido fenólico de las plantas (^{Astello-García et al., 2015}), siendo deseable la mayor acumulación, debido a sus propiedades redox y la capacidad de neutralizar radicales libre que causan daño celular (^{Dib, Beghdad, Belarbi, Seladji y Ghalem, 2013}). El contenido de antioxidantes en el fruto de tomate es intrínseco de la planta (hibrido), pero puede verse afectado por las etapas de maduración y los factores ambientales (^{Martínez-Valverde, Periago, Provan y Chesson, 2002}; ^{Salas-Pérez et al., 2016}; ^{Waliszewski y Blasco, 2010}). Al respecto, ^{Illera-Vives, López, López y Salas (2012}) señalan que la síntesis y acumulación de polifenoles y carotenoides como el licopeno es una respuesta metabólica de la planta ante el incremento de especies oxidativas (^{Mittler, Vanderauwera, Gollery y Breusegem, 2004}; ^{Winter y Davis, 2006}), para evitar efectos patogénicos (^{Jones y Dangl, 2006}; ^{Zárate-Martínez, González, Ramírez, Robledo y Juárez, 2021}), y mejora la calidad nutracéutica de los frutos por los cambios nutrimentales en el sustrato como respuesta del sistema antioxidante de la planta (^{Salas-Pérez et al., 2016}). En este sentido, la respuesta en el incremento de la actividad antioxidante fue motivado por el estrés salino en el sistema radical producido por las dosis de estiércol aplicadas. Es bien conocido que la actividad antioxidante esta correlacionada con el contenido fenólico de las plantas (^{Astello-García et al., 2015}), siendo deseable la mayor acumulación, debido a sus propiedades redox y la capacidad de neutralizar radicales libre que causan daño celular (^{Dib et al., 2013}).

Figura 1: Interacción hibrido y fertilización para fenoles totales (a), licopeno (b) y capacidad antioxidante (c) en el fruto fresco de tomate. Letras adyacentes en la misma línea son estadísticamente significativas (Tukey P = 0.05). 

Figure 1: Hybrid interaction and fertilization for total phenols (a), lycopene (b) and antioxidant capacity (c) in fresh tomato fruit. Adjacent letters on the same line are statistically significant (Tukey P = 0.05).