Introducción

La Comarca Lagunera se ubica en los límites de Coahuila y Durango, estados del norte de México. Esta región se caracteriza por tener una fuerte actividad económica basada en la producción agropecuaria, principalmente la producción de leche y sus derivados. En la región se tienen más de 500 000 cabezas de ganado lechero. Lo anterior deriva en una generación de más de 1 200 000 t año^-1 de estiércol base seca (^{Salazar-Sosa et al., 2007}), lo cual genera un abono orgánico como fuente de nitrógeno orgánico (^{Helmy y Ramadan, 2009}).

Al respecto de los abonos orgánicos, la capacidad productiva y las condiciones físico-químicas de un suelo se ven beneficiadas a largo plazo por el aporte de materia orgánica, gracias al proceso llamado mineralización que transforma a la materia orgánica en nutrientes asimilable por las plantas (^{Hernández et al., 2010}). La mineralización se incrementa con la actividad enzimática de los microorganismos, después de la aplicación de fuentes de materia orgánica (^{Fuentes et al., 2006}) viéndose influenciada positivamente por las condiciones físicas como la temperatura (óptima de 26-36 °C) y la humedad (capacidad de campo) en la capa arable del suelo (^{León-Nájera et al., 2006}).

Antes de usar el estiércol como abono, tiene que ser tratado para eliminar microorganismos patógenos. La solarización es un método costeable y económico que aprovecha las características climáticas como altas temperaturas y radiación solar (^{Vázquez-Vázquez et al., 2010}).

La aplicación de estiércol bovino en la Comarca Lagunera ya ha sido estudiada; por ejemplo, en maíz los mejores resultados fueron obtenidos aplicando 120 t ha^-1 de estiércol (^{Salazar-Sosa et al., 2009}). Por otra parte, ^{López-Calderón et al. (2015)} señalan que 266 kg ha^-1 de nitrógeno se puede obtener con la aplicación de 133 t ha^-1 de estiércol. Mientras que ^{Vázquez-Vázquez et al. (2007)}, recomiendan aplicar dosificaciones inferiores a 200 t ha^-1 de estiércol con la finalidad de evitar el incremento de la conductividad eléctrica por el aporte de sales contenidas en el estiércol.

Otra forma de mejorar el estiércol es elaborar vermicompost, que es la biodegradación de materiales orgánicos por la acción de la lombriz roja californiana (Eisenia foetida). Se ha demostrado que la adición de vermicompost a los suelos incrementa considerablemente el crecimiento y la productividad de cultivos hortícolas (^{Gutiérrez-Miceli et al., 2007}). Además, se ha propuesto que los efectos del vermicompost podrían presentar beneficios como mejorar las condiciones físicas (porosidad, retención de humedad, aireación y drenaje) y químicas (materia orgánica y nitratos) del suelo estimulando el crecimiento vegetativo y obteniendo buenos rendimientos (^{Lim et al., 2015}), así como el decline de la densidad de plagas en los cultivos (^{Razmjou et al., 2011}), y la posible existencia de mecanismos biológicos de estimulación del crecimiento vegetal (^{Ferreras et al., 2006}).

Por otro lado, la sandía es uno de los productos agrícolas que se cultivan en casi todo el mundo. México produjo 953 244 toneladas en el 2013 (^{FAOSTAT, 2017}) con un rendimiento medio nacional de 28.41 t ha^-1 (^{SIAP-SAGARPA, 2017}). En el 2013, en la Comarca Lagunera (^{SIAP-SAGARPA, 2017}) se cultivaron 924.1 hectáreas con rendimientos similares a la media nacional que oscilan entre 22.04 t ha^-1 (^{Espinoza et al., 2006}) y 26.7 t ha^-1 (^{Cenobio-Pedro et al., 2006}). Por lo que se considera un cultivo de alto rendimiento en la región.

El objetivo del presente estudio consistió en encontrar el mejor tratamiento que incremente el rendimiento de la sandía y mejore las condiciones físicas y químicas del suelo; ya que la adición de abonos orgánicos podría suplir en parte a la fertilización mineral.

Materiales y métodos

El experimento se realizó durante el ciclo agrícola primavera-verano 2013 en el Campo Agrícola Experimental de la Facultad de Agricultura y Zootecnia de la Universidad Juárez del estado de Durango (CAE-FAZ-UJED). La localización geográfica es 25° 46’ 56” de latitud norte y 103°21’ 02” de longitud al oeste, con una altura de 1 150 msnm. La precipitación pluvial es de 258 mm y la temperatura media anual es de 22.1 ºC.

Los suelos típicos de la región son de aluvión, tipo Aridisol, con un contenido pobre de materia orgánica (0.9%); pH neutros a poco alcalinos y ricos en carbonatos (^{Flores-Sánchez et al., 2015}). El pH inicial (7.2) es un valor común de los suelos calcáreos de la Comarca Lagunera (^{Salazar-Sosa et al., 2010}). En el Cuadro 1, se observan las características químicas del suelo en las tres profundidades estudiadas antes de que fuera establecido el experimento.

El material genético utilizado fue sandía variedad PEACOCK WR124 la cual se recomienda por su resistencia a patógenos como la Antracnosis y al marchitamiento por Fusarium. El trasplante se realizó el día 28 de marzo de 2013 usando plántulas con tres hojas verdaderas con una distancia entre plantas de 0.5 m con 4 m entre camas con una densidad de plantación de 5 000 plantas ha^-1 y 20 plantas por unidad experimental. Contó con 60 unidades experimentales de 4 m de ancho x 10 m de largo dando un área de 40 m². Se utilizó un sistema de riego por goteo a través de cintillas con goteros cada 15 cm con un gasto de 16 ml min^-1 con una frecuencia de riego de 3 días aplicando una lámina de 42 cm considerando una evaporación promedio de 0.96 cm dia^-1 del tanque evaporímetro tipo A en 111 días del ciclo del cultivo.

Los factores de estudio fueron estiércol solarizado (FE) y vermicompost (FV) en diferentes niveles. El FE consideró cinco niveles incluyendo dos adicionales: A1 (testigo)= 0 t ha^-1, A2= 40 t ha^-1, A3= 60 t ha^-1, A4= 80 t ha^-1, A5 (120-60-00)= FQ. La FV contó con cuatro niveles: B1 (testigo)= 0 t ha^-1, B2= 3 t ha^-1, B3= 6 t ha^-1, B4= 9 t ha^-1. Con estos factores y sus niveles se generaron los siguientes tratamientos: T1 = testigo absoluto; T2= 3 Mg ha^-1 de vermicompost; T3= 6 Mg ha^-1 de vermicompost; T4= 9 Mg ha^-1 de vermicompost; T5= 40 Mg ha^-1 de estiércol; T6= 40 Mg ha^-1 de estiércol y 3 Mg ha^-1 de vermicompost; T7= 40 Mg ha^-1 de estiércol y 6 Mg ha^-1 de vermicompost; T8 = 40 Mg ha^-1 de estiércol y 9 Mg ha^-1 de vermicompost; T9= 60 Mg ha^-1 de estiércol; T10= 60 Mg ha^-1 de estiércol y 3 Mg ha^-1 de vermicompost; T11= 60 Mg ha^-1 de estiércol y 6 Mg ha^-1 de vermicompost; T12= 60 Mg ha^-1 de estiércol y 9 Mg ha^-1 de vermicompost; T13= 80 Mg ha^-1 de estiércol; T14= 80 Mg ha^-1 de estiércol y 3 Mg ha^-1 de vermicompost; T15= 80 Mg ha^-1 de estiércol y 6 Mg ha^-1 de vermicompost; T16= 80 Mg ha^-1 de estiércol y 9 Mg ha^-1 de vermicompost; T17= fertilización química ; T18= fertilización química y 3 Mg ha^-1 de vermicompost; T19= fertilización química y 6 Mg ha^-1 de vermicompost; T20= fertilización química y 9 Mg ha^-1 de vermicompost.

Los tratamientos contaron con tres repeticiones y se distribuyeron en campo al considerar un diseño experimental de bloques al azar con arreglo en franjas. Los datos de las variables se analizaron con el programa estadístico ^{SAS versión 8 (2005)}, realizando análisis de covarianza para encontrar si existen diferencias por la aplicación de los tratamientos con respecto a las condiciones iniciales del suelo y prueba de separación de medias DMS (p ≤ 0.05).

Las muestras de suelo se colectaron al principio y al finalizar el experimento en cada unidad experimental, a tres profundidades de 0 a 15, 15 a 30 y de 30 a 45 cm. La recolección de las muestras para análisis químico se llevó a cabo manualmente con la ayuda de una barrena de caja colocando 1 kg de sustrato en bolsas plásticas transparentes de 2 kg de capacidad previamente etiquetadas para su identificación. Posteriormente las muestras se llevaron al laboratorio de suelos de la FAZ-UJED para los análisis correspondientes.

Las variables de suelo estimadas fueron materia orgánica (MO) determinada por el método Walkley-Black (^{Walkley y Black, 1934}); nitratos (NO₃) por nitración del ácido salicílico (^{Robarge et al., 1983}); conductividad eléctrica (CE), calcio (Ca), magnesio (Mg) y cloruros (Cl) por pasta de saturación de la NOM-021-RECNAT-2000; potencial hidrogeno (pH) 1:2 p/v. La humedad de suelo (% m/v) se midió a 65 días después del trasplante (ddt), cuando el cultivo presentaba más de 50% del desarrollo fenológico, para observar el efecto de la retención de humedad en los diferentes tratamientos. La humedad se midió a dos profundidades: de 0 a 7.5 y de 7.5 a 15 cm. Las variables evaluadas en planta fueron rendimiento y sólidos solubles totales (°Brix) en fruto, el cuál fue medido con un refractómetro digital Atago PAL-1 analizándose 12 plantas por unidad experimental.

El estiércol bovino fue obtenido del establo de la FAZ-UJED y se solarizó en terrenos de CAE-FAZ-UJED. Mientras que la vermicompost fue adquirida en el Instituto Tecnológico de Torreón (ITT), las características de ambos abonos se muestran en el Cuadro 2. Las dosificaciones con estiércol y vermicompost se aplicaron al suelo un mes antes del trasplante. El tratamiento con fertilización química (FQ) se aplicó en la dosis recomendada para la región de 120-60-00 N-P-K: kg ha^-1 (^{Ruiz, 1985}), la cual consistió de Urea (46-0-0) y MAP (11-52-0), los cuales se aplicaron en dos partes, la primera durante el trasplante y la segunda a los 30 días ddt.

Resultados y discusión

El análisis de covarianza para conductividad eléctrica (CE) al finalizar el experimento, muestra diferencia estadística significativa en la interacción de estiércol y vermicompost en las tres profundidades evaluadas (0-15, 15-30, 30-45 cm) (Cuadro 3). Al realizar la comparación de medias de la interacción de estiércol solarizado y vermicompost en la profundidad de 0-15 cm, se observa el valor más elevado de CE en el nivel de fertilización química de 4.98 dS m^-1, sin embargo, es estadísticamente igual a la interacción de estiércol en la aplicación de 80 t ha^-1 y 3 de vermicompost (Cuadro 4).

Ello indica que la fertilización orgánica en estas cantidades no incrementó la CE de forma considerable; si esta hubiera alcanzado valores mayores de 5 dS m^-1 se hubieran presentado una disminución de 27% a 35% de la producción de sandía tal y como lo señala ^{Romic et al. (2008)}. En este sentido, ^{Smith et al. (2001)} señalan que se tiene que tomar en cuenta el incremento de la CE para la dosificación de abonos orgánicos, ya que esto afectara el rendimiento.

Los valores para pH muestran diferencia estadística significativa (p≤ 0.05) en la interacción estiércol y vermicompost en las tres profundidades, debido al efecto de los tratamientos con respecto al valor inicial del pH en el suelo (Cuadro 3). Los valores más altos (pH= 8.07) se presentaron en la profundidad de 15-30 cm con la interacción de 3 y 6 t ha^-1 de vermicompost y con 80 t ha^-1 de estiércol, teniendo valores estadísticamente igual a la interacción FQ y 9 t ha^-1 de vermicompost (Cuadro 5). Con base al análisis de covarianza se atribuye la diferencia de pH al efecto de las condiciones iniciales y no a los tratamientos, como lo encontrado por ^{Alburquerque et al. (2012)}, al aplicar 20 t ha^-1 de estiércol bovino para el cultivo de sandía.

El análisis de covarianza para el porcentaje de MO en la interacción de estiércol y vermicompost muestra diferencia estadística significativa en las tres profundidades (Cuadro 3). Sin embargo, el efecto fue mayor hasta la profundidad de 30 cm, esto debido a los tratamientos y al valor inicial, mientras que en la profundidad tres (30 - 45 cm) el efecto fue solamente de los tratamientos. Al realizar la comparación de medias se observa que en la interacción de 80 t ha^-1 de estiércol y 9 t ha^-1 de vermicompost, en la profundidad de 0-15 cm el porcentaje de materia orgánica fue el más elevado con 3.23% (Cuadro 6). Esto es relevante ya que presentó un valor mayor al uso de fertilizante químico.

Se han reportado incrementos de MO en profundidades inferiores a 30 cm con dosificaciones de estiércol bovino (^{Salazar-Sosa et al., 2009}; ^{Vázquez-Vázquez et al., 2011}; ^{Yang y Aihua, 2016}). ^{Nascimento et al. (2016)}, encontraron un incremento en la materia orgánica en un suelo Neosol Fluvico después de un ciclo de aplicación con estiércol bovino para el cultivo de sandía.

Esto difiere a lo encontrado por ^{Yang et al. (2016)}, el cual mencionan que, en suelos limosos con altos contenidos de nutrientes asimilables, requieren por lo menos dos ciclos consecutivos aplicando estiércol bovino composteado, sobre la misma área experimental, para ver diferencias estadísticas. También en el caso de la vermicompost la MO se incrementa en estratos inferiores a 20 cm (^{Campitelli et al., 2011}; ^{Martínez et al., 2016}).

El análisis de covarianza para concentración de nitratos (NO₃ ^-) en la interacción de estiércol y vermicompost muestra diferencia estadística significativa en las tres profundidades (Cuadro 3), pero solo en la profundidad de 0-15 cm se observa un efecto significativo del valor inicial de los nitratos en el suelo. Se muestra en la comparación de medias (Cuadro 7) la interacción más alta con 39.71 mg kg^-1 de nitratos en los tratamientos de 80 t ha^-1 de estiércol y 9 t ha^-1 de vermicompost. Así como concentraciones similares con interacción en la aplicación de 80 t ha^-1 de estiércol y 3 t ha^-1 de vermicompost con 36.76 mg kg^-1, representando un incremento de 46% comparado con la interacción de la FQ y 9 t ha^-1 de vermicompost con 18.35 mg kg^-1.

Estos valores confirman lo encontrado por ^{Fortis-Hernández et al. (2009)} y ^{Salazar-Sosa et al. (2004)}, en donde la mayor concentración de nitratos en la fertilización con abonos orgánicos para el cultivo de maíz y tomate, respectivamente, se encuentra en profundidades inferiores a 30 cm. En esta profundidad de suelo es donde las condiciones físicas como la aireación y temperatura favorecen la actividad enzimática microbiana degradadora de la materia orgánica y la conversión de NH₄ ⁺ a NO₃ ^- (^{Salazar-Sosa et al., 2003}; ^{Rivera y Martín, 2004}).

La baja concentración de nitratos en los tratamientos con 40 t ha^-1 (Cuadro 7) puede ser atribuida a la baja mineralización de la materia orgánica aportada por este tratamiento de estiércol bovino y vermicompost además, el nitrógeno disponible pudo ser inmovilizado por la microflora (^{Ferrera y Alarcón, 2001}) y en consecuencia no ocurrió la correcta transformación de materia orgánica a formas asimilables para las plantas. Es importante tomar en cuenta la cantidad de nitrógeno disponible en los abonos orgánicos, así como los niveles aplicados para no afectar la mineralización y conversión de materia orgánica a nitrógeno (^{Brieva et al., 2016}), de lo contrario es importante agregar una fuente con valores más altos de nitrógeno (^{Palma-López et al., 2016}).

Con respecto a la humedad en el suelo, a los 65 días después del trasplante, muestra diferencia estadística significativa en las profundidades evaluadas (0 a 7.5 cm y de 7.5 a 15 cm) (Cuadro 8). De las interacciones de medias el valor más alto se obtuvo en la profundidad de 7.5 a 15 cm con un valor de 28.41% para la humedad en el suelo en los niveles de 40 t ha^-1 de estiércol bovino y 9 t ha^-1 de vermicompost (Cuadro 9), siendo estadísticamente igual a la interacción de FQ con todos los niveles de vermicompost y de igual forma para la interacción de estiércol bovino y de vermicompost en los niveles de 80 t ha^-1 y 9 t ha^-1. Ello refleja una de las mejoras físicas al suelo por parte de los abonos orgánicos (^{Castro et al., 2009}).

Respecto al rendimiento, hubo rendimientos promedio de hasta 31.8 t ha^-1, correspondientes a 3 t ha^-1 de vermicompost con FQ (Figura 1). Mostrando diferencia estadística significativa (p≤ 0.01) solamente para los factores individuales, pero no en la interacción (Cuadro 10). Obteniéndose los mejores rendimientos de sandía con el tratamiento 3 t ha^-1 de vermicompost y FQ, y 6 t ha^-1 de vermicompost y 80 t ha^-1 de estiércol, siendo ambos tratamientos estadísticamente iguales (Cuadro 11). El valor promedio más elevado entre niveles de vermicompost, con diferencia estadística, correspondió para el tratamiento de 3 t ha^-1 (26.48 t ha^-1) con una diferencia numérica de 2.76 t ha^-1 con respecto al tratamiento de dosis más baja de 6 t ha^-1 de vermicompost.

Figura 1 Promedios de rendimiento de sandía en los tratamientos evaluados. 

Estos rendimientos son similares a los reportados por ^{Espinoza et al. (2006)} bajo un sistema de producción convencional con 22.7 t ha^-1 y para un sistema de producción sin acolchado y con FQ de 26.7 t ha^-1 (^{Cenobio et al., 2006}). Al utilizar estiércol solarizado en la cantidad de 80 t ha^-1 y compararlo con el rendimiento obtenido con la FQ no se encontró diferencias significativas, esto concuerda con lo señalado por ^{Trejo-Escareño et al. (2013)}; ^{Rodríguez-Dimas et al. (2009)} en estudios realizados en diferentes cultivos.

La dulzura se relaciona con el contenido de sólidos solubles totales en sandía (^{Aguyoh et al., 2010}), en este experimento la fertilización con estiércol y vermicompost en sus diferentes niveles, no muestran diferencia estadística significativa (Cuadro 10), pero si una diferencia numérica (Figura 2). Resultados similares (^{Fatondji et al., 2008}; ^{Massri y Labban, 2014}) confirman que los abonos orgánicos no tienen relación con los sólidos solubles totales. Acorde a los estándares de mercado 8 grados brix es suficiente para que el producto tenga aceptación además de su buena calidad (^{Cenobio-Pedro et al., 2006}).

Figura 2 Promedios para grados Brix de sandía en los tratamientos evaluados. 

Conclusiones

El tratamiento con el mejor rendimiento se obtuvo con 3 t ha^-1 de vermicompost y FQ con un rendimiento de 32 t ha^-1. Ningún tratamiento mostró efectos en los sólidos solubles totales. Para las características químicas del suelo la interacción de 80 t ha^-1 de estiércol y 9 t ha^-1 de vermicompost, incrementó a un 2.42% la MO y 35.81 mg kg^-1 los NO₃ ^- en la profundidad 15 cm. El pH inicial aumento de 7.1 a 8.07 con la interacción de 80 t ha^-1 de estiércol con 3 y 6 t ha^-1 de vermicompost. El mayor porcentaje de humedad 28.41 se obtuvo a una profundidad 7.5 a 15 cm con 40 t ha^-1 de estiércol bovino y 9 t ha^-1 de vermicompost.