INTRODUCCIÓN

En México el 63 % del suelo presenta pérdida de nutrientes, materia orgánica y microorganismos benéficos provocado por la erosión (^{CONAFOR y UACh 2013}). Estas pérdidas se ubican en el rango de US$ 16.2 a US$ 32.4/ha, mientras que el costo de reemplazo de los nutrientes perdidos asciende a US$ 22.1/ha (^{Cotler et al. 2011}).

Según datos de la ^{SEMARNAT (2009)}, las actividades agrícolas son la principal causa de erosión del suelo en México, a lo que se suma el efecto negativo sobre el ambiente por el abuso de fertilizantes y plaguicidas. Por lo que se requieren prácticas agrícolas de menor impacto ambiental y que incrementen la productividad del suelo para garantizar la autosuficiencia alimentaria de una población creciente.

Esta situación ha detonado la búsqueda de alternativas de producción más eficientes y sustentables, donde la agricultura protegida representa ventajas tales como: alto rendimiento, certidumbre productiva y la programación de volúmenes de producción. Sin embargo su implementación demanda insumos específicos para crear condiciones óptimas para los cultivos que permitan al productor mejorar su ingreso (^{Moreno et al. 2011}).

Por otra parte, los pequeños productores en las urbes mexicanas exploran mecanismos para producir alimentos, a través de huertos de traspatio, azoteas verdes y macetas; con objetivos que abarcan desde la subsistencia, mejora alimentaria, complemento de la renta familiar y el ocio (^{Urbano-López 2013}). No obstante, los sustratos empleados en estos sistemas productivos tienen elevados costos económicos o ambientales pues requieren productos de importación como la turba o Sphagnum (“peat moss”), que además implica dependencia tecnológica. Mientras que la tierra de monte o tierra negra, conlleva impactos ambientales por extraerse del bosque (^{Ayala-Sierra y Valdez-Aguilar 2008}).

De acuerdo con el anuario estadístico de la producción forestal, durante 2013 se extrajeron de manera legal 49 953 t de tierra negra, de las cuales el 85 % fueron del Estado de México y de Morelos, a lo que debe sumarse la extracción ilegal con los correspondientes impactos ambientales (^{SEMARNAT 2013}).

Derivado de la necesidad de materiales adecuados para cultivos en agricultura urbana y protegida, se ha propiciado el uso y búsqueda de materiales que puedan emplearse como sustratos, tales como: compost, estiércol, vermiculita, turba, fibra de coco, esquilmos agrícolas, arena, arcilla, perlita, pumita, etc. Sin embargo, estos materiales en ocasiones adolecen de controles de calidad, son costosos, o implican impacto ambiental. Por lo que es deseable que los sustitutos presenten homogeneidad, sean asequibles económicamente e impliquen menor impacto ambiental (^{Cruz-Crespo et al. 2013}).

En la agricultura urbana y protegida, el sustrato es esencial para cultivar, pues además de que el volumen de una maceta, una cama agrícola o un acolchado son limitados, una vez establecidos ya no es fácil modificarlos. Por esta razón sus propiedades físicas, además de proporcionar adecuado soporte a la planta deben proveer condiciones estables de aireación, retención de humedad y drenaje que permitan subsanar deficiencias químicas y biológicas del cultivo mediante el riego para su óptimo crecimiento (^{Cabrera 1999}).

Estos sistemas agrícolas emplean sistemas de riego por goteo subsuperficial porque alcanzan eficiencias de hasta 95 % en la aplicación del agua y permiten dosificar nutrientes por fertirriego para subsanar carencias nutricionales. Por lo que los sustratos deben permitir un adecuado flujo de agua (^{Guevara-Escobar et al. 2005}). De acuerdo con ^{Cruz et al. (2010)}, para lograr propiedades físicas, químicas y biológicas adecuadas en los sustratos, deben combinarse materiales orgánicos e inorgánicos que proporcionen a los cultivos el soporte físico y nutrimental adecuado para producir a gran escala y con calidad suficiente.

El empleo de mezclas de compost y medios inertes en invernadero, arroja resultados favorables para el desarrollo de cultivos (^{Márquez-Hernández et al. 2006}). Adicionalmente, ^{Moreno et al. (2005)} reportan que emplear compost inhibe patógenos del suelo y puede también restaurar suelos agrícolas degradados, además de reducir costos al sustituir parcialmente fertilizantes y plaguicidas (^{Olivares-Campos et al. 2012}).

En México se generan diariamente 107 100 t de residuos sólidos urbanos (RSU) dentro de las cuales, de acuerdo con ^{Saldaña et al. (2013)}, existen subproductos que por sus particularidades pueden valorizarse. Tal es el caso del poliestireno que representa el 0.4 % del total de RSU, que pudiera mezclarse con compost obtenido del tratamiento de la fracción orgánica para así crear sustratos agrícolas como alternativa de valorización de los RSU (^{INECC y SEMARNAT 2012}).

Emplear residuos debidamente tratados para formular sustratos tiene valor ambiental al devolver al ciclo productivo los materiales desechados que al reciclarse reducen presión sobre recursos naturales que no resisten altos ritmos de explotación (^{Zapata et al. 2005}). Además, ciertos residuos pueden emplearse como base para elaborar biofertilizantes y sustratos, incrementando la producción y reduciendo impactos ambientales (^{Díaz et al. 2015}).

Usar compost como componente orgánico activo del sustrato aportará nutrientes y microrganismos, además de incrementar la retención de humedad y la capacidad de intercambio catiónico mejorando las propiedades, químicas y biológicas del sustrato (^{Parra-Delgado et al. 2014}). Por otro lado, el poliestireno por su lenta degradación mantiene características físicas como densidad, permeabilidad y porosidad que junto con el tepetate da consistencia a la mezcla para soportar adecuadamente la planta cultivada (^{Lemaire et al. 2005}).

La valorización de los subproductos recuperados de los RSU al emplearse como sustitutos del suelo en agricultura urbana y protegida, mitigaría los impactos negativos provocados al ambiente. Lo anterior, al disminuir la extracción de tierra negra, al reciclar los nutrientes contenidos en la fracción orgánica obtenidos del suelo de cultivo y al reducir la cantidad de residuos sólidos urbanos desechados (^{Montgomery 2007}).

Con estos antecedentes, en el presente trabajo se evaluaron mezclas obtenidas del tratamiento de subproductos recuperados de los RSU complementadas con tepetate para elaborar un sustrato que sustituya a otros sustratos comerciales o a aquellos con un elevado impacto ambiental. Lo anterior, con el objetivo de evaluar si las mezclas propuestas pueden sustituir a sustratos empleados en agricultura urbana y protegida en la producción de plantas de rosa y jitomate.

MATERIALES Y MÉTODOS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Al finalizar el ciclo fenológico de las especies evaluadas, se observó que las mezclas empleadas cumplieron con los requerimientos para producir jitomate saladette (Lycopersicum esculentum) y rosa híbrida (Rosa sp.), lo que implica que los sustratos propuestos pueden sustituir a los sustratos testigo empleados en agricultura urbana y protegida.

El efecto de los tratamientos sobre las variables de respuesta en la producción de botones de rosa y en kg de jitomate se puede observar en el cuadro V.

Los valores para la variable de respuesta de la rosas cultivadas en maceta, muestran que los tratamientos T3 y T4 constituidos por composta, poliestireno y tepetate; no presentan diferencia estadística significativa respecto al número de botones producidos en T1 constituido al 100 % por tierra negra. Mientras que el cultivo T2 constituido por: 20 % agrolita + 20 % vermiculita + 20% humus + 40% turba, sí presenta una media de producción de botones con diferencia significativa en contra de los tratamientos T3 y T4.

Para el cultivo de jitomate saladette en invernadero, el T4 formulado con 50 % composta + 25 % poliestireno + 25 % tepetate, resultó con diferencia estadística significativa respecto a los otros tratamientos produciendo más fruto que los tres tratamientos restantes.

Las mezclas propuestas mantuvieron durante la prueba la consistencia y estabilidad de sus agregados en concordancia con lo reportado por ^{Ghosh et al. (2010)}, quienes muestran que la adición de compost al suelo incrementa la estabilidad estructural del mismo.

Durante el experimento no se observaron cambios en el volumen de los sustratos que comprometieran el adecuado soporte físico para el desarrollo de la raíz, además de que suministraron los nutrientes requeridos en niveles aceptables para el desarrollo de las especies evaluadas (Cuadro II).

Con respecto al pH, los cuatro sustratos biofísicos evaluados presentan valores que permiten la asimilación de nutrientes, por lo que no se esperan efectos por acidez o alcalinidad. Aunque los tratamientos T3 y T4, posiblemente debido al compost, caen en la categoría de medianamente alcalinos de acuerdo con la norma NOM-021-SEMARNAT (^{SEMARNAT 2001}).

Los niveles de macronutrientes de los sustratos formulados con subproductos recuperados de los RSU presentan menos N mineral que la tierra negra y el sustrato comercial, pero contienen más K que los sustratos testigo, posiblemente aportado por el compost. Mientras que el contenido de P es bajo en los cuatro sustratos. Estos valores de macronutrientes ubican al tratamiento T3 por debajo del nivel óptimo y al T4 dentro del rango óptimo como puede observarse en el cuadro II.

Los sustratos a base de poliestireno, tepetate y compost aportan suficiente Ca, semejante al proporcionado por el sustrato comercial (más de 300 ppm); no así la tierra negra, que con 70 ppm se coloca debajo de los niveles de suficiencia. Para los SO₄ ^2-, los sustratos con poliestireno y el comercial muestran niveles de suficiencia, mientras que la tierra negra solo tuvo 77 ppm. Por otro lado, de acuerdo con los valores de referencia, los cuatro sustratos son deficientes en Mg, siendo la tierra negra la más carente de este nutriente.

Con excepción del B que fue bajo para la tierra negra, los otros micronutrientes estuvieron por encima de los niveles de suficiencia en los cuatro sustratos.

En el análisis de extracto saturado se determinan una serie de aniones que de ser excesivos incrementan la salinidad pudiendo ser fitotóxicos. El cuadro III muestra los valores encontrados en las mezclas propuestas de los iones que incrementan el riesgo de salinidad, que aunque son superiores a los sustratos testigo y a los considerados como rangos aceptables, no se evidenciaron afectaciones en las variables de respuesta de las especies de prueba.

En ninguna mezcla se encontraron CO₃ ^-. Pero los sustratos con poliestireno, composta y tepetate tuvieron cantidades altas de HCO₃ ^- Cl^- y Na, indicando salinidad que disminuye los potenciales osmótico e hídrico del sustrato, lo que compromete la absorción de agua de las raíces de las plantas produciendo estrés hídrico (^{Bárcenas et al. 2002}).

Los tratamientos propuestos permitieron el desarrollo de las rosas a pesar del exceso o defecto de nutrientes y de la presencia de iones con potencial de salinización como puede observarse en los resultados de los análisis foliares mostrados en el cuadro IV.

Esta comparación del efecto de nutrientes y iones sobre la variable de respuesta para las plantas de rosa se muestra en la figura 1 donde puede observarse que la tierra negra y el sustrato comercial obtuvieron más botones que los sustratos con poliestireno, compost y tepetate. Por lo que estas mezclas requerirán ajuste del nivel de nutrientes por las carencias mostradas en el cuadro II.

Fig. 1 Comparación de distribuciones de botones producidos por rosal según el tratamiento. T = tratamiento (Cuadro I). Se muestran los datos de los botones comprendidos entre el segundo y tercer cuartil, la línea horizontal es la mediana y las líneas verticales el rango de valores totales obtenidos 

Para los jitomates, la productividad acumulada evaluada como variable de respuesta durante todo el ciclo productivo medido del 21 de julio de 2015 al 10 de febrero de 2016, muestra que los valores más altos se obtuvieron para el T4 formulado con compost, poliestireno y tepetate (Fig. 2).

Fig. 2 Comparación de distribuciones de kg de jitomate producidos por planta según el tratamiento. T = tratamiento (Cuadro I). Se muestran los datos de los kg de jitomate comprendidos entre el segundo y tercer cuartil, la línea horizontal es la mediana y las líneas verticales el rango de valores totales obtenidos 

La mezcla T3 arroja una media de producción por planta de 10.586 kg, que es 2.6 % más que el tratamiento con tierra negra y 9.4 % más que el sustrato comercial; mientras que el T4 arroja una media de producción de 12.657 kg, que es 22.7 % más que el tratamiento de tierra negra y 30.8 % más que el sustrato comercial.

Los resultados permiten suponer que el T4, correspondiente al sustrato biofísico formulado con 50 % compost + 25 % poliestireno + 25 % tepetate puede sustituir a la tierra negra comúnmente empleada como sustrato en agricultura urbana en el cultivo de rosas sin aparentes afectaciones a la planta. Mientras que para el cultivo de jitomate, los 2 sustratos propuestos pueden sustituir al sustrato natural o al comercial.

Esta respuesta favorable de los sustratos propuestos puede deberse a la materia orgánica del compost aunado a la actividad microbiana que imparte al sustrato propiedades físicas, químicas y biológicas que se traducen en capacidad para amortiguar deficiencias nutricionales o fitotóxicas (^{Julca-Otiniano et al. 2006}).

Estos resultados concuerdan con los hallazgos de ^{Atiyeh et al. (2001)}, quienes sostienen que los efectos benéficos del compost sobre la productividad se generan cuando se utiliza en intervalos de 10 % a 50 %. Así como lo demostrado por ^{Lakhdar et al. (2008)} quienes al adicionar compost al suelo, mitigaron el efecto negativo de la salinidad por Na y Cl sobre el crecimiento de las plantas. También hubo consistencia en lo reportado por ^{García-Albarado et al. (2010)} quienes observaron que incrementar la proporción de compost en el sustrato, aumenta la concentración de bicarbonatos (Cuadro III).

Por otro lado, adicionar agregados minerales como roca fosfórica o magnesita subsanaría las deficiencias de P y Mg en los sustratos propuestos, pues son necesarios niveles adecuados de estos para lograr óptimos rendimientos y calidad en los cultivos (^{Romero et al. 2000}).

CONCLUSIONES

La mezcla de compost obtenido del tratamiento de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos con poliestireno recuperado de los residuos y tepetate, puede sustituir a los sustratos urbanos y agrícolas tradicionales empleados en cultivo de rosas y jitomate saladette sin fertilización adicional.

Valorizar subproductos recuperados de los residuos para elaborar sustratos, contribuye a mitigar el impacto ambiental derivado del confinamiento de residuos y a reducir la presión sobre recursos naturales empleados en agricultura urbana y protegida mediante el aprovechamiento de materiales que pueden emplearse como materia prima para elaborar sustratos alternos.

Por otra parte, el no haber requerido fertilización representa una mejora en el empleo de sustratos, pues implica ventajas económicas y ambientales que reducen costos y efectos contaminantes. Por lo que los resultados obtenidos contribuyen a la gestión integral de residuos.

En cuanto a futuras investigaciones, se sugiere monitorear el posible cambio de salinidad en los sustratos propuestos, ya que aunque se obtuvieron rendimientos adecuados, contienen niveles de iones por arriba de los intervalos óptimos. Se recomienda evaluar las variables de respuesta de los sustratos biofísicos propuestos al enriquecerlos con fuentes minerales de nutrientes para llevarlos a niveles óptimos, así como monitorear la pérdida de nutrientes en los mismos conforme pasan ciclos fenológicos para establecer recomendaciones de enriquecimiento nutricional.