Aplicación de compost, a base de champiñón enriquecida con silicio, en trigo (Triticum spp.)
Silicon enriched mushroom based compost application on wheat (Triticum spp.)
Helio A. García-Mendívil, Luciano Castro-Espinoza, Eunice Guzmán-Fierros, Catalina Mungarro-Ibarra, Maritza Arellano-Gil, José L. Martínez-Carrillo, Marco A. Gutiérrez-Coronado*
Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias. Instituto Tecnológico de Sonora. 5 de febrero 818 sur. Colonia Centro. Ciudad Obregón, Sonora México, * Autor responsable (marco.gutierrez@itson.edu.mx).
]]>Recibido: febrero, 2014.
Aprobado: agosto, 2014.
Resumen
Los desechos orgánicos y sus composts representan una fuente de nutrientes imprescindible para la agricultura sostenible, ya que proveen fertilizantes naturales y reduce la contaminación ambiental. El objetivo de este estudio fue medir el efecto del compost en el desarrollo, rendimiento y calidad del trigo en el Valle del Yaqui. El experimento se estableció en condiciones de campo en dos tipos de suelo de la región, litosol de textura media y litosol de textura media tendiente a la compactación. Se evaluaron dos variedades de trigo duro (Triticum durum L.), Imperial F2008 y Cirno C2008, y dos variedades de trigo harinero (Triticum aestivum L.), Tacupeto F2001 y Norman F2008. El diseño experimental fue de bloques al azar, con cuatro tratamientos y cuatro repeticiones: testigo (sin aplicación), 2.5, 5.0 y 7.5 t ha-1 de compost. Las variables fueron clorofila total, fotosíntesis, componentes del rendimiento agronómico y la concentración de nutrimentos. Hubo respuestas significativas de la incorporación de compost: la clorofila total aumentó casi 15 %, la fotosíntesis 15 %, y el rendimiento cerca de 10 %; la concentración de nitrógeno, calcio y magnesio se duplicó, y el fósforo aumentó cuatro veces. Las necesidades nutrimentales de las variedades de los trigos duros y harineros se cubrieron, y la respuesta fue mejor en las variables evaluadas en los tratamientos con compost. La aplicación de 5.0 t ha-1 compost aumentó el rendimiento promedio del trigo en 20 %.
Palabras clave: Fertilizante orgánico, sustrato, sostenibilidad agrícola, fisiotecnia, fotosíntesis.
Abstract
Organic waste and their composts are an essential source of nutrients for sustainable agriculture. They provide natural fertilizers and reduce environmental pollution. The objective of this study was to measure the effect of compost on development, yield and quality of wheat in the Yaqui Valley. The experiment was established in field conditions in two types of soil of the region: lithosol of medium texture and lithosol of medium texture with a tendency to compaction. Two varieties of hard wheat (Triticum durum L.), Imperial F2008 and Cirno C2008, and two varieties of flour wheat (Triticum aestivum L.), Tacupeto F2001 and Norman F2008, were evaluated. The experimental design was randomized blocks with four treatments and four replications: control (with no application), 2.5, 5.0 and 7.5 t ha-1 compost. The variables were total chlorophyll, photosynthesis, agronomic yield components and concentration of nutrients. There was significant response to incorporation of compost: total chlorophyll increased almost 15 %, photosynthesis 15 %, and yield nearly 10 %; the concentration of nitrogen, calcium and magnesium doubled and phosphorus increased four times. In general, nutrient requirements of the hard and flour wheat varieties were fullfilled, and the response, reflected in the assessed variables, was better in the compost treatments. Application of 5.0 t ha-1 compost increased average wheat yield by 20 %.
]]> Key words: Organic fertilizer, substrate, sustainable agriculture, physiotechniques, photosynthesis.
INTRODUCCIÓN
El trigo (Triticum aestivum L.) es uno de los cereales más cultivados en el mundo y en 2011 ocupó el tercer lugar entre los cereales con mayor producción. Actualmente se realizan programas de mejoramiento genético en instituciones de investigación en México y otros países, para obtener nuevos genotipos con alto rendimiento; sin embargo, se usa mucho tiempo y tiene un costo alto. Por ello, los fitomejoradores buscan nuevas metodologías para evaluar múltiples genotipos en corto tiempo con técnicas fisiológicas modernas (Gutiérrez et al., 2005).
Los desechos orgánicos y sus composts representan una fuente de nutrientes para la agricultura sostenible. La composta de sustrato gastado es el material residual del compostaje del sustrato usado en la producción de champiñón. Este compost tiene usos benéficos, como agente de biocontrol orgánico, que suprime el desarrollo de hongos indeseables en el acolchado de césped, y es una buena fuente de materia orgánica y de nutrientes (Davis et al., 2005). Los beneficios del compost son: 1) mejora las características de los suelos, como fertilidad, capacidad de almacenamiento de agua, y mineralización de nitrógeno, fósforo y potasio; 2) mantiene valores de pH óptimos para el crecimiento de las plantas; 3) fomenta la actividad microbiana (Cruz-Lázaro et al., 2009). Al emplear compost se reducen los fertilizantes químicos y hay menor contaminación ambiental, con lo cual disminuye el costo de producción. En consecuencia, los agricultores que usan estas prácticas esperan mayores ingresos, debido a los altos rendimientos y una mejora en la fertilidad y la productividad del suelo (Sarwar, et al., 2008; Aguilar-Benítez et al., 2012). Además de liberar nutrientes lentamente, también se impide las pérdidas de fertilizantes químicos a través de la desnitrificación, volatilización, y lixiviación (Arshad et al., 2004). Por lo tanto, es probable que cuando se aplica abono enriquecido con fertilizantes químicos, la composta evita las pérdidas de nutrientes. Así, el uso integrado de fertilizantes químicos y residuos orgánicos reciclados puede mejorar la eficiencia de los primeros y por lo tanto reducir su uso con el fin de mejorar la productividad de los cultivos, así como mantener la salud del suelo y la fertilidad (Abedi et al., 2010). La aplicación de compost de paja de arroz ya sea solo o en combinación con fertilizantes inorgánicos en el sistema de arroz y trigo mejora significativamente la estabilidad de los agregados y el secuestro de carbono en el suelo (Sodhi et al., 2009).
Las ventajas a largo plazo de mejoramiento del suelo a través de enmiendas de compost se muestran en los cultivos de trigo, donde se puede depender del nitrógeno residual en el suelo como fertilización. Los nutrientes se liberan a medida que son necesarios para realizar los procesos metabólicos en el cuerpo de la planta, por lo que mejora los tejidos de las plantas y les permite realizar sus funciones de manera más eficiente (Sarwar et al., 2009). La aplicación de compost al suelo produce una mejora en las propiedades físicas y biológicas del mismo, así como en la producción y la calidad del trigo (Singer et al., 2004; Blackshaw, 2005; Tejada y Gonzalez, 2007; Aguilar-Benítez et al., 2012).
Los impactos positivos son mayores en los nutrientes residuales del suelo, medido a través de rendimientos de grano en trigo, en tratamientos con composta que en tratamientos con fertilizantes sintéticos. Estos resultados subrayan la capacidad de las enmiendas de compost para apoyar los rendimientos de los cultivos a largo plazo, así como generar un mayor contenido de proteína de trigo (Hepperly et al., 2009). La aplicación combinada de compost y fertilizante mineral en cantidades ambientalmente seguras es una opción viable para mantener y mejorar la fertilidad del suelo en sistemas de arroz-trigo y algodón (Qazi et al., 2009). Otras investigaciones muestran la mejora del crecimiento del trigo y el rendimiento con el uso de abonos orgánicos cuando se compararon con el fertilizante químico; además mejora la calidad del suelo (Ibrahim et al., 2008).
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue medir el efecto del compost en el desarrollo, rendimiento y calidad del trigo en el Valle del Yaqui.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> El experimento se estableció en campo en el Valle del Yaqui, Sonora, la última semana de noviembre de 2011. La aplicación de compost se realizó en presiembra, en banda, en trigo de las variedades Imperial C2008 y Norman F2008, en un suelo de tipo litosol de textura Franco arcillosa (Pueblo Yaqui, Sonora, México, 27° 19' 23.7" N, 110° 04' 40.1" O); y en las variedades Cirno C2008 y Tacupeto F2001, en un suelo de tipo litosol de textura franco arcillosa tendiente a la compactación (Centro Experimental de Transferencia de Tecnología ITSON- CETT-910, 27° 21' 57.3" N, 109° 54' 55.3" O). Ambos suelos con pH de 7.2 a 7.3 y contenidos de materia orgánica de 0.8 a 1.0 respectivamente. Los tratamientos fueron: testigo, 2.5, 5.0 y 7.5 t ha-1 de compost sólido de sustrato usado en la producción de champiñón (Cuadro 1), enriquecido con 20.4 kg de silicio (SiO2) por cada tonelada de compost (para facilitar a la planta la utilización de los otros nutrimentos), proveniente de la empresa Fertilizantes Nitrogenados y Fosfatados, S. de R.L. de C.V. de La Barca, Jalisco. La semilla fue donada por el patronato para la investigación del estado de Sonora, siendo Tacupeto y Norman del grupo de los trigos panaderos y Cirno e Imperial del grupo de los trigos macarroneros. El cultivo se manejó acorde a sus requerimientos agronómicos según recomedación del Centro de Investigación Regional del Noroeste.
El diseño experimental fue de bloques al azar, con cuatro tratamientos y cuatro repeticiones por tratamiento. Como unidad experimental se consideraron tres surcos de 0.80 m de ancho x 5 m de largo; la parcela útil fue el surco central eliminando 1.5 m de cabecera de ambos lados.
Las variables evaludas se describen a continuación.
Clorofila total
Las lecturas de clorofila se realizaron semanalmente con el medidor de clorofila SPAD 502 Plus® (modelo 2900P, Spectrum Technologies Inc., Plainfield, Illinois, USA), desde la etapa de encañe hasta espigamiento, y se reportaron en unidades Spad.
Dichas lecturas se tomaron en tres puntos de la hoja bandera de cuatro plantas de cada unidad experimental.
]]> Fotosíntesis
La tasa fotosintética se determinó con un sistema de fotosíntesis portátil (modelo LI-6400XT, LI-COR, Lincoln, NE, USA). Las lecturas se realizaron de 11:00 a 14:00 en tres plantas tomadas al azar de cada parcela útil en las etapas de encañe y floración, y se reportó en μgCO2 S-1 cm-2. El rango de radiación fotosintéticamente activa incidente sobre la hoja (PARi) fue de 1800 a 2000 μE m-2 s-1 al momento de las lecturas.
Número de granos por espigas
Se realizó manualmente, midiendo diez espigas por cada repetición.
Número de granos por metro cuadrado
El número de granos se determinó con un contador de grano (Modelo 801-10/b, Seedburo®, IL, USA).
Rendimiento
]]> Se calculó extrapolando el peso de los granos por metro cuadrado obtenidos de cada muestra cosechadas, en t ha-1.
Análisis nutrimental de la planta
Una muestra de tejido vegetal se tomó de cada repetición de los cuatro tratamientos, se colocaron en bolsas de papel estraza y se secaron en estufa a 60 °C hasta eliminar toda la humedad. Las muestras se molieron y se homogenizaron para tomar una parte representativa de cada una. Cada muestra se analizó con el kit para análisis de tejido vegetal (DR/2500; Hach company, Loveland, Colorado, USA) bajo las especificaciones del fabricante (HACH, 2003), para determinar nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio.
Con los datos se realizó un análisis de varianza con STAT-GRAPHICS Versión 16.1.11 (StatPoint Technologies, Inc., 2010) y las medias se compararon con la prueba Tukey (p≤0.05).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Clorofila total
Las variedades de trigo evaluadas en Pueblo Yaqui Imperial C2008 y Norman F2008 mostraron aumentos en el contenido de clorofila de 14.5 y 7 %, respectivamente (Figura 1A y B). En la variedad Cirno C2008 el tratamiento 4 mostró 3.26 % más unidades clorofila que el testigo; mientras que la variedad Tacupeto F2001 presentó aumentos del 8 % (Figura 2A y B).
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Un contenido alto de clorofila en trigo está asociado con una eficiencia alta de transpiración, lo cual trae consigo mayor eficiencia en el uso de agua (Fotovat et al., 2007). De acuerdo con Cartelat et al. (2005), el contenido de clorofila puede utilizarse como un indicador de deficiencia de nitrógeno. El trigo muestra una correlación significativa entre el contenido de clorofila en las hojas y los valores SPAD, lo que implican que el medidor de clorofila SPAD puede usarse para medir el estatus de nitrógeno en trigo (Prost and Jeuffroy, 2007; Uddling et al., 2007; Haiyun et al., 2009). Dichos valores también están altamente correlacionados con los rendimientos biológicos y de grano, en trigo de invierno (Spaner et al., 2005; Debaeke et al., 2006; Man-Xin et al., 2006). Estudios similares presentaron aumentos significativos en el contenido de clorofila con la aplicación de distintos abonos orgánicos, en comparación con el testigo (Ouda y Mahadeen, 2008; López et al., 2008; Amujoyegbe et al., 2007).
Fotosíntesis
La actividad fotosintética en la etapa de encañe en la variedad Norman F2008 presentó un aumento de 9.3 % en el tratamiento 3 respecto al testigo. Mientras que para la variedad Imperial C2008 el tratamiento 4 aumentó 16.4 % la actividad fotosintética. Para la etapa de floración, el tratamiento 2 presentó un aumento de 19.6 % respecto al testigo en la variedad Cirno C2008 (Cuadro 2).
En cereales como el trigo, la fotosíntesis de la hoja bandera tiene una función primordial en el rendimiento de grano, pues es la principal fuente de fotosintatos durante la etapa de llenado del mismo (Frederick y Bauer, 1999). Incrementos en fotosíntesis de la hoja están estrechamente asociados a incrementos similares en rendimiento de grano y contenido de N, P y K en la hoja (Manjarrez-Martínez et al., 1990; Long et al., 2006). En experimentos realizados para examinar el efecto de aplicaciones de distintos abonos orgánicos sobre fotosíntesis de distintos cultivos los comportamientos fueron similares (Xu et al., 2000; Xu, 2001).
]]>Número de granos por espiga
Las variedades Norman F2008 e Imperial C2008 mostraron diferencias estadísticas en esta variable. En la variedad Norman F2008 el tratamiento 4 fue mejor con 46 % más de número de granos por espiga, en relación con el testigo. Mientras que en la variedad Imperial C2008 el tratamiento 3 presentó un aumento de 44 % (Cuadro 3).
Existe una correlación entre la tasa fotosintética antes de la etapa de antesis con el número de grano por espiga (Frederick y Camberato, 1995a, 1995b). Una mayor acumulación de asimilados en la espiga durante las tres semanas anteriores a dicha etapa está asociada con un gran número de granos por espiga (Slafer et al., 1990; Siddique et al., 1989). Tejada y Gonzales (2007) encontraron que la aplicación de compost incrementó de 39 a 45.5 granos por espiga. Según Sefidhooki et al. (2012), el incremento de 33.5 a 42.38 granos por espiga fue significativo. Sin embargo, Tejada et al. (2005), al evaluar la aplicación de una mezcla de fertilizantes orgánico e inorgánico en comparación con un fertilizante organomineral, no encontraron diferencias significativas.
Número de granos por metro cuadrado
Para esta variable el tratamiento 3 mostró un aumento de 50 % sobre el testigo en la variedad Imperial C2008 (Cuadro 4).
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Los incrementos en el contenido de clorofila en la antesis y en la tasa fotosintética durante el llenado de grano en trigo están asociados con un mayor número de granos por metro cuadrado y mejores rendimientos (Xiao et al., 2012). El número de granos por metro cuadrado puede explicar en gran parte el rendimiento de grano en trigo (Albrizio et al., 2010). En estudios similares hubo aumentos significativos para esta variable; así, Keeling et al. (2003) encontraron un incremento de 15 716, en el testigo, a 18 313 granos por metro cuadrado con la aplicación de compost en combinación con fertilizantes inorgánicos.
Rendimiento (t ha-1)
Hubo diferencias significativas para las variedades Norman F2008 e Imperial C2008 monitoreadas en el suelo de Pueblo Yaqui, donde el tratamiento 3 mostró un rendimiento 17 % mayor que el testigo en la variedad Norman F2008 y 24 % en la variedad Imperial C2008 (Cuadro 5).
El rendimiento final de un cultivo es el resultado de la interacción de diversos factores influenciados por las condiciones climáticas y las prácticas de manejo del cultivo (Gutiérrez et al., 2005). En experimentos similares al presente estudio hubo aumentos significativos en el rendimiento de grano de trigo con la aplicación de distintas concentraciones de compost y los aumentos en el rendimiento podrían atribuirse a una mayor eficiencia del uso de nutrientes debido al fertilizante orgánico. Keeling et al. (2003) obtuvieron un incremento de 4.1 % respecto al testigo, el cual tuvo un rendimiento de 12.8 t ha-1. Según Sarwar et al. (2007), el rendimiento fue de 4.2 t ha-1 al aplicar la dosis recomendada de fertilizante inorgánico, mientras que con la aplicación combinada de compost y fertilizante inorgánico, el rendimiento aumentó a 5.73 t ha-1.
Análisis de nutrientes de la planta
]]> La concentración de los principales nutrimentos fue significativamente superior a la del testigo: los aumentos para nitrógeno, calcio y magnesio fueron más del doble, en fósforo casi cuatro veces más y en potasio casi el 60 % (Cuadro 6). El porcentaje de nitrógeno aumentó proporcionalmente al incremento de la dosis de compost.
La incorporación de abonos orgánicos aumenta la movilización de fósforo y la actividad microbiana del suelo, y mejora el sistema radicular y la nutrición del cultivo (Álvarez-Sánchez et al., 2006; Millaleo et al., 2006; Iqbal et al., 2008). Estas concentraciones de nitrógeno son altas en relación a otros estudios y son un indicador de una adecuada nutrición del cultivo (Takahashi et al., 2007; Eusuf et al., 2008). Según Bar-Tal et al. (2004) y Ahmad et al. (2007), el contenido total de nitrógeno, potasio y fósforo en plantas aumentó significativamente en respuesta a la aplicación combinada de compost y fertilizante químico.
CONCLUSIONES
En general se cubrieron las necesidades nutrimentales de las variedades de los trigos duros y harineros, y se observó una mejor respuesta en las variables evaluadas en los tratamientos con compost. La aplicación de 5.0 t ha-1 compost incrementó el rendimiento del trigo en 20 % promedio.
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