Estiércol bovino líquido y fertilizantes inorgánicos en el rendimiento de jitomate en un sistema hidropónico

Effect of liquid cattle manure and inorganic fertilizers on tomato yield and water use in a hydroponic system

Juan Capulin–Grande^1*; Leopoldo Mohedano–Caballero¹; Marco Sandoval–Estrada²; Juan Carlos Capulin–Valencia³

¹ Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Av. Universidad km 1. Rancho Universitario, C. P. 43660. Tulancingo, Hidalgo, MÉXICO. Correo–e: juan_capulin61@yahoo.com.mx (*Autor para correspondencia)

² Facultad de Agronomía y Recursos Naturales, Universidad de Concepción, Chile. Campus Chillan.

Recibido: 10 de octubre, 2010.
Aceptado: 11 de abril, 2011.

Resumen

El uso de estiércol líquido como fuente de nutrimentos y agua en la producción agrícola, minimiza los efectos contaminantes al ambiente y propicia un ahorro económico al productor. Se comparó el uso del extracto líquido de estiércol bovino (ELEB) y fertilizante químico en solución nutritiva, así como el índice de eficiencia en el uso del agua (IEUA) por plantas de jitomate (Licopersicon esculentum Mill.) en un sistema hidropónico en invernadero. Se evaluaron tres factores a dos niveles: ELEB, crudo y fermentado; conductividad eléctrica (CE) de las soluciones 2 y 4 dS·m^–1; y la adición de fertilizante inorgánico como complemento a las soluciones de ELEB; se agregaron dos tratamientos con fertilizantes inorgánicos (solución de Stainer) para cada nivel de CE como testigos. Se evaluaron en total 10 tratamientos en arreglo factorial con ocho repeticiones. Los resultados muestran mayor producción de materia seca (133.9 g·planta^–1), rendimiento (2,742 g·planta^–1), en plantas regadas con soluciones nutritivas con CE de 2 dS·m^–1. El ELEB fermentado y complementado con fertilizantes en soluciones, tuvieron el mismo comportamiento que el ELEB crudo sin fertilizantes, en el crecimiento y producción por plantas de jitomate en hidroponía.

Palabras clave: Lycopersicon esculentum, estiércol crudo y fermentado, conductividad eléctrica.

Abstract

Key words : Lycopersicon esculentum, water efficiency, raw and fermented manure, electrical conductivity.

INTRODUCCIÓN

En México se produce gran cantidad de estiércol de diversos tipos de ganado, destaca por su abundancia el bovino, considerados desechos que contaminan el ambiente, particularmente el suelo; por ello, se han realizado estudios para determinar las bondades del estiércol en la producción agrícola (Duffera et al., 1999). Sin embargo, se ha puesto poca importancia en su potencial nutritivo, y menos aún en estado líquido (purín) como solución nutritiva (Capulin–Grande et al., 2007). Otros países utilizan este subproducto como fuente de nutrimentos minerales, ya que contiene los elementos esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas (Burns et al., 1985; Moreno–Caselles et al., 2002). Además, por tener una relación baja de C/N (<20) se considera un fertilizante, ya que los nutrimentos se encuentran en alta disponibilidad (Egrinya et al., 2000), lo que propicia, que al comparar estiércoles líquidos con fertilizantes inorgánicos en la producción de cultivos y forrajes en suelo, no se ha encontrado diferencia significativa en la producción de materia seca de sorgo y pasto bermuda cuando fueron regados con estiércol de cerdo y fertilizante inorgánico (Ardeshir y Varco, 2001); tampoco se ha observado impacto benéfico en el rendimiento de jitomate (Cushman y Snyder, 2002), o en la producción de materia seca en la rotación maíz–pasto bermuda–trébol aplicando estiércol vacuno (Newton et al., 2000), ni aumento de biomasa y altura de plantas de pepino y chile (Inbar et al., 1985).

La utilización de los extractos líquidos de estiércol es una alternativa viable y económica, ya que se aprovecha un desecho que propicia el reciclamiento de nutrimentos en la producción agrícola. La baja concentración de algunos elementos en el estiércol líquido se puede corregir adicionando fertilizantes (Rodríguez et al., 2007) para formar una solución nutritiva completa (Capulin–Grande et al., 2005). La fermentación del estiércol líquido es un proceso que propicia la formación de macromoléculas orgánicas estables de naturaleza fenólica llamadas sustancias húmicas (Egrinya et al., 2000), lo que incrementa la disponibilidad de nutrimentos para las plantas (Soria et al., 2001); sin embargo, dicho proceso requiere de una infraestructura especial por lo que el costo de producción se incrementa.

El principal problema del estiércol líquido es su alta conductividad eléctrica (CE) con valores cercanos a 15 dS·m^–1, lo que afecta el desarrollo de las plantas (Soria et al., 2001); esto se ha solucionado al hacer diluciones del estiércol líquido en agua (Capulin–Grande et al., 2005) y lograr la CE que requieren los cultivos.

Los estiércoles líquidos son también fuente de agua que pueden aprovechar las plantas junto con los nutrimentos en una solución nutritiva y en un sistema hidropónico, evitando que estos desechos contaminen los cauces naturales de lagos y ríos (Capulín–Grande et al., 2001). Este sistema de manejo de estiércoles líquidos puede propiciar que, en zonas donde el recurso hídrico es escaso, se produzcan alimentos en pequeños espacios de terreno (Godínez et al., 2007), y además, con una nutrición balanceada se logre una mayor eficiencia en el uso del agua, una mayor producción de biomasa y rendimiento de los cultivos. Al respecto, se ha reportado mayor eficiencia en el uso del agua y producción de materia seca con diversos sistemas de riego de cultivos en suelo, como haba (Pichardo–Riego et al., 2007), girasol (Olalde–Gutiérrez et al., 2000) y girasol–fríjol (Morales–Rosales, 2006).

La producción de hortalizas en invernadero con hidroponía, es una actividad de actualidad por los beneficios que se logran, como frutos de excelente calidad, apropiados para la exportación y aumento en el rendimiento comparado con cultivos a cielo abierto. Para preparar soluciones nutritivas se usan fertilizantes químicos de alta solubilidad, que en la mayoría de las ocasiones son costosos y más propensos a contaminar el ambiente. Por lo tanto, la utilización de los extractos líquidos de estiércol puede ser una alternativa viable y económica ya que se da la utilización de un desecho contaminante y de fácil y simple obtención. Por ello, es importante el estudio de diferentes acondicionamientos del estiércol líquido, como la fermentación, la complementación con fertilizantes químicos, o simplemente en crudo, que propicien un incremento del rendimiento y eficiencia del uso del agua por los cultivos.

El objetivo de esta investigación fue comparar el uso de estiércol líquido acondicionado y el fertilizante mineral en solución nutritiva, en la producción de materia seca y rendimiento de fruto de plantas de jitomate (Licopersicon esculentum Mill.) en un sistema hidropónico.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento se realizó en un invernadero en Texcoco, Estado de México. El extracto líquido de estiércol bovino (ELEB) se preparó de acuerdo con el procedimiento descrito por Capulin–Grande et al. (2001), éste consiste en mezclar el estiércol fresco con agua (1:1), separando después la fase líquida (extracto) mediante un tamiz fino (1 mm).

Una parte del ELEB se sometió a fermentación aeróbica durante 40 días, bombeando aire dentro de los contenedores. Tanto el ELEB crudo (no fermentado), como el fermentado se acondicionaron, es decir se hicieron diluciones con agua corriente necesaria para reducir su conductividad eléctrica (CE); ambos tipos de estiércol también se acidularon con una mezcla de ácido nítrico y ácido fosfórico industrial al 60 % de concentración (2:1 v/v) para disminuir su pH hasta un valor de 5.5. Derivado de un análisis nutrimental previo del ELEB, Capulin–Grande et al. (2005) reportaron contenidos de nitrógeno (71 mg·L^–1), calcio (72 mg·L^–1), fósforo (14 mg·L^–1), hierro (1.34 mg·L^–1) y azufre (48 mg·L^–1), considerados bajos con respecto a una solución nutritiva inorgánica, por lo que se agregaron estos nutrimentos a través de fertilizantes químicos para conformar contenidos similares y formar así los tratamientos correspondientes (Cuadro 1).

Las soluciones nutritivas inorgánicas se formularon a partir de la solución nutritiva de Steiner (Steiner, 1984). Para la preparación de las soluciones nutritivas inorgánicas y el complemento de nutrimentos al ELEB, se emplearon compuestos grado fertilizante; las cantidades empleadas de cada fertilizante se muestran en el Cuadro 2.

Como planta indicadora se utilizó jitomate (Lycopersicon esculentum Mill.), híbrido FA–906 Gabriella, el cual se sembró el 1 de febrero de 2004 en una charola germinadora de 200 cavidades, usando perlita como sustrato; la emergencia de plántulas inició en el décimo día, y el trasplante se realizó en macetas de 15 litros de capacidad, utilizando tezontle rojo como sustrato definitivo de crecimiento, el trasplante se realizó el 11 de marzo de 2004, cuando las plantas alcanzaron 20 cm de altura.

Antes del riego diario, en las soluciones nutritivas de cada tratamiento se repuso el agua gastada en el riego anterior con agua de la llave; seguidamente se ajustó el pH a 5.5 con una mezcla de ácido nítrico y ácido fosfórico (2:1 v/v), utilizando un potenciómetro portátil (Horiba). Todas las plantas se podaron al noveno racimo para favorecer la maduración de los frutos.

Las variables evaluadas en las plantas de jitomate fueron: altura de planta, número de entrenudos y número de inflorescencias a los 43, 80 y 130 d. La producción de materia seca se estimó tomando una planta de cada unidad experimental al final de la cosecha, la cual se separó en raíz, tallo y hojas, pesando cada órgano en fresco; las muestras se secaron en un horno con ventilación forzada a 72 ^oC hasta obtener peso seco constante. La producción total de materia seca por planta se obtuvo sumando el peso de cada órgano. El volumen de raíz se determinó por desplazamiento, sumergiendo el sistema radical completo en una probeta de 500 mL con agua.

Se contó el número total de frutos en los nueve racimos de cada planta durante 104 d; el rendimiento se cuantificó al sumar el peso de cada fruto; el diámetro de cada fruto se midió con un vernier y se obtuvo su valor promedio; el peso unitario se obtuvo dividiendo el rendimiento entre el total de frutos. Durante el periodo de cosecha se tomaron diez frutos por tratamiento a intervalos de 15 d, los cuales se pesaron en fresco, se metieron al horno a secarse, y con ello se obtuvo la materia seca.

Se empleó un arreglo factorial 2³, con los factores y niveles siguientes: ELEB crudo y fermentado (ELEBc y ELEBf), CE 2 y 4 dS·m^–1 (CE₂ y CE₄), con y sin complemento de fertilizantes (CF y SF); se consideró además un testigo producido con fertilizantes inorgánicos para cada nivel de CE. El diseño experimental que se empleó fue completamente al azar de 10 tratamientos, con ocho repeticiones, y un total de 80 unidades experimentales (plantas). El análisis estadístico de los tratamientos se realizó mediante un análisis de varianza y la comparación de medias por el método de Tukey (P<0.05), utilizando el paquete estadístico SAS v6.12 (SAS, 1997).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Variables de crecimiento

A los 43 días después del trasplante (ddt) no hubo diferencia estadística entre tratamientos en las variables altura de plantas, número de entrenudos y número de inflorescencias, lo que indica que hasta esta etapa los tratamientos de ELEB funcionaron igual que las sales inorgánicas en la nutrición de plantas de jitomate. La evaluación a los 80 ddt mostró que la altura de plantas del tratamiento SNS₄ fue estadísticamente inferior a la de los tratamientos ELEBc–CE₂–CF y SNS₂. A partir de este muestreo las plantas del tratamiento SNS₄ presentaron quemaduras en los bordes de las hojas y menor crecimiento, debido probablemente a problemas en la concentración de la solución nutritiva. El muestreo a los 130 ddt confirmó la tendencia antes descrita de las plantas del tratamiento SNS₄ el menor número de entrenudos y de inflorescencias, respecto al resto de los tratamientos.

Los efectos principales de cada factor dentro del experimento factorial se observan en el Cuadro 3. La comparación entre el tipo de ELEB indica que es indistinta su utilización en estado crudo o fermentado, lo cual es importante desde el punto de vista de su manejo, ya que se puede utilizar sin fermentar, con sólo acondicionarlo y utilizar inmediatamente después de haber sido excretado, lo que reduce el tiempo de espera en su uso y el espacio de almacenamiento.

Tomando en cuenta que el jitomate es una planta tolerante a valores de CE cercanos a 4 dS·m^–1, el aumento de la cantidad de sales en la solución nutritiva provocó una reducción en el crecimiento de plantas y en la producción de materia seca (112.1 g·planta^–1), similar comportamiento fue reportado por Maloupa et al. (1999) en jitomate y por Capulin–Grande et al. (2001) en Lolium perenne. La concentración de sales no influyó estadísticamente en el diámetro del tallo, no así en el volumen de raíz ya que éste fue mayor con CE de 4 dS·m^–1; el efecto inverso se observó en la solución nutritiva de Steiner. Las soluciones nutritivas de ELEB, al complementarse en su contenido nutrimental con fertilizantes minerales, mostraron un aumento (aunque sin diferencia estadística) del 8 % en peso de materia seca y en peso de tejido fresco por planta, y 6 % en el volumen de raíz, respecto a los no complementados.

Rendimiento de fruto

La comparación de medias de los tratamientos agrupados por CE indicó que cuando ésta fue de 2 dS·m^–1 no hubo diferencia significativa entre tratamientos para las variables: rendimiento, diámetro de fruto y total de frutos, aunque sí se encontró para el peso unitario de fruto (Cuadro 4). A pesar de esto, se observó una tendencia favorable en los tratamientos ELEBf–CE₂–CF y SNS₂ al mostrar los mayores valores en las variables del rendimiento. En el peso unitario por fruto hubo superioridad estadística del 13 % del ELEBc–CE₂–CF, respecto al ELEBf–CE₂–SF. Esta diferencia se debe a que a menor cantidad de frutos, su tamaño y calidad se incrementan.

En la comparación de medias de los tratamientos con CE de 4 dS·m^–1 se observa diferencia significativa para las variables: rendimiento, diámetro de fruto, total de frutos y peso unitario de frutos (Cuadro 4), indica un valor mayor de ELEBc–CE₄–CF respecto al resto de tratamientos, supera en 97 % el rendimiento y en 16 % el diámetro de fruto de las plantas del tratamiento SNS₄. Mismo comportamiento tuvo el ELEBc–CE₄–CF en el peso unitario de fruto, la ganancia fue del 19 y 47 % respecto al ELEBf–CE₄–CF y la SNS₄, respectivamente y un 36 % en el total de frutos producidos por la SNS₄.

La comparación de medias de todos los tratamientos mostró mayores valores de las soluciones preparadas con CE_2, respecto a las de CE₄ (Cuadro 4). El rendimiento alcanzado por ELEB crudo con CE₂ superó en 39 % al obtenido con ELEB crudo y CE₄; el ELEB fermentado con CE₂ produjo 52 % más que el ELEB fermentado con CE_4, y el tratamiento SNS₂ fue superior en 174 % al tratamiento SNS₄. No hubo diferencia significativa del ELEB crudo comparado con el ELEB fermentado y estos con el tratamiento SNS a CE₂. La comparación del ELEB crudo y el fermentado en el rendimiento de frutos por planta no mostró diferencia significativa con CE₂, pero sí la hubo entre estos con el tratamiento SNS₄. El diámetro del fruto no mostró diferencia significativa cuando fueron regados con ELEB crudo (5.37 cm), fermentado (5.33 cm) y SNS (5.38 cm) a CE₂, pero sí hubo significancia a CE₄, teniendo menor diámetro (4.38 cm) los frutos obtenidos con el tratamiento SNS₄. Respecto al número de frutos por planta no hubo diferencia significativa entre las regadas con ELEB crudo (32), ELEB fermentado (34) y SNS (35), aunque estos fueron superiores a sus contrapartes (28, 30 y 22 frutos, respectivamente) con CE₄. El mismo comportamiento se observó en el peso unitario de fruto sin diferencia significativa entre las plantas regadas con ELEB crudo (77.8 g·planta^–1), ELEB fermentado (73.8 g·planta^–1) y SNS (78.5 g·planta^–1); en este caso también se observaron valores superiores a los tratamientos con CE₄ (61.9, 56.1 y 44.5 g·planta^–1, respectivamente).

El complemento de fertilizantes inorgánicos a la solución nutritiva de ELEB no tuvo efecto significativo para rendimiento, diámetro y número total de frutos, pero sí hubo diferencia para peso unitario de estos (Cuadro 5). De acuerdo con Capulin–Grande et al. (2005) y Capulin–Grande et al. (2007) este comportamiento se debe principalmente a que la solución de ELEB crudo o fermentado al momento de la preparación, y antes de los riegos, se acidula con la mezcla de ácidos para ajustar el pH, lo que le aporta nitrógeno y fósforo a la solución nutritiva, esto incrementa el contenido de estos elementos en la solución.

Los resultados indican que el empleo del ELEB crudo en la nutrición de jitomate es ventajoso ecológicamente, ya que en corto tiempo se puede utilizar el estiércol sin necesidad de almacenamiento para fermentarlo, reduciendo impactos negativos al ambiente, también se propicia un reciclamiento de nutrimentos, y se reduce el empleo de fertilizantes químicos en un 71 % (Cuadro 2) al elaborar las soluciones nutritivas con ELEB, lo que redunda en un ahorro económico para el productor.

CONCLUSIONES

La conductividad eléctrica juega un papel determinante en el comportamiento de las plantas, ya que las regadas con ELEB estabilizado a 2 dS·m^–1 fueron superiores a las que utilizaron ELEB a 4 dS·m^–1, en las variables evaluadas.

La producción de materia seca y rendimiento de fruto de jitomate fue similar al utilizar estiércol líquido en crudo y fertilizante mineral, ambos en solución nutritiva.

LITERATURA CITADA

ARDESHIR, A.; VARCO J. J. 2001. Swine lagoon effluent as a source of nitrogen and phosphorus for summer forage grasses. Agron. Journal 93: 1174–1181.         [ Links ]

BURNS, J. C.; WESTERMAN, P. W.; KING, L. D.; CUMMINGS, G. A.; OVERCASH, M. R.; GOODE, L. 1985. Swine lagoon effluent applied to "coastal" bermudagrass: I. Forage yield, quality, and elemental removal. J. Envirn. Qual. 14: 9–14.         [ Links ]

CAPULIN–GRANDE, J.; NÚÑEZ E., R.; ETCHEVERS B., J.; BACA C., G. 2001. Evaluación del extracto líquido de estiércol bovino como insumo de nutrición vegetal en hidroponía. Revista Agrociencia 35 (3): 287–299.         [ Links ]

CAPULIN–GRANDE, J.; NÚÑEZ E., R.; SÁNCHEZ G., P.; MARTÍNEZ G., A.; SOTO H., M. 2005. Producción de jitomate con estiércol líquido de bovino, acidulado con ácidos orgánicos e inorgánicos. Revista TERRA Latinoamericana 23: 241–247.         [ Links ]

CAPULIN–GRANDE J.; NÚÑEZ–ESCOBAR, R.; AGUILAR–ACUÑA, J. L.; ESTRADA–BOTELLO, M.; SÁNCHEZ–GARCÍA, P.; MATEO–SÁNCHEZ, J. J. 2007. Uso de estiércol líquido de bovino acidulado en la producción de pimiento morrón. Revista Chapingo Serie Horticultura 13(1): 5–11.         [ Links ]

CUSHMAN, K. E.; SNYDER, R. G. 2002. Swine effluent compared to inorganic fertilizers for tomato production. J. Plant Nutrition 25(4): 809–820.         [ Links ]

DUFFERA, M.; ROBARGE, W. P.; MIKKELSEN, R. L. 1999. Greenhouse evaluation of processed swine lagoon solids as a fertilizer source. J. Plant Nutrition 22: 1701–1715.         [ Links ]

EGRINYA, E. A.; YAMAMOTO, S.; HONNA, T.; ISHIGURO, A. 2000. Characterization of organic matter and nutrients during composting of livestock manure, pp. 632–639. In: Animal, Agricultural and Processing Wastes. Moore, J. A. (ed.). Ame. Soc. Agric. Eng. Des Moines Iowa, USA.         [ Links ]

GODÍNEZ–MONTOYA, L., GARCÍA–SALAZAR, J. A.; FORTIS–HERNÁNDEZ, M.; MORA–FLORES, J. S.; MARTÍNEZ–DAMIÁN, M. A.; VALDIVIA–ALCALÁ, R.; HERNÁNDEZ–MARTÍNEZ, J. 2007. Valor económico del agua en el sector agrícola de la Comarca Lagunera. Terra Latinoamericana 25: 51–59.         [ Links ]

INBAR, Y.; CHEN, Y.; HADAR, Y. 1985. The use of composted slurry produced by methanogenic fermentation of cow manure as growth media. Acta horticulturae 172: 75–82.         [ Links ]

MALOUPA, E.; PAPADOPOULOS, A.; PATERAS, D. 1999. Wastewater re–use in horticultural crops growing in soil and soilless media. Acta Horticulturae 481: 603–607.         [ Links ]

MORALES–ROSALES, E. J.; ESCALANTE–ESTRADA, J. A.; TIJERINA–CHÁVEZ, J. L.; VOLKE–HALLER, V.; SOSA–MONTES, E. 2006. Biomasa, rendimiento, eficiencia en el uso de agua y de la radiación solar del agrosistema girasol–fríjol. Revista TERRA Latinoamericana 24: 55–64.         [ Links ]

MORENO–CASELLES, J.; MORAL, R.; PÉREZ–MURCIA, M.; PÉREZ–ESPINOSA, A.; RUFETE, B. 2002. Nutrient value of animal manures in front of environmental hazards. Comm. in Soil Sci. and Plant Analysis 33: 3023–3032.         [ Links ]

NEWTON, G. L.; GASCHO, G. J.; VELLIDIS, G.; HUBBARD, R. K.; GATES, R. N.; LAWRENCE, R. 2000. Liquid dairy manure fertilization of triple–crop forage systems, pp. 273–280. In: Animal, Agricultural and Processing Wastes. Moore, J. A. (ed.). Ame. Soc. Agric. Eng. Des Moines Iowa, USA.         [ Links ]

OLALDE–GUTIÉRREZ, V. M.; ESCALANTE–ESTRADA, J. A.; SÁNCHEZ–GARCÍA, P.; TIJERINA–CHÁVEZ, J. L.; ENGLEMAN–CLARK E. M.; MASTACHE–LAGUNAS, A. 2000. Eficiencia en el uso del agua y del nitrógeno y rendimiento del girasol en función del nitrógeno y densidad de población en clima cálido. Revista TERRA Latinoamericana 18: 51–59.         [ Links ]

PICHARDO–RIEGO, J. C.; ESCALANTE–ESTRADA, J. A.; RODRÍGUEZ–GONZÁLEZ, M. A.; SÁNCHEZ–GARCÍA, P. 2007. Aplicación dividida y eficiencia agronómica de nitrógeno, uso de agua y radiación, y rendimiento de haba. Revista Terra Latinoamericana 25: 145–154.         [ Links ]

RODRÍGUEZ–DIMAS, N.; CANO–RIOS, P.; FAVELA CHÁVEZ, E.; FIGUEROA–VIRAMONTES, U.; DE PAUL–ÁLVAREZ, V.; PALOMO–GIL, A.; MÁRQUEZ–HERNÁNDEZ, C.; MORENO–RESÉNDEZ, A. 2007. Vermicomposta como alternativa orgánica en la producción de tomate en invernadero. Revista Chapingo Serie Horticultura 13(2): 185–192.         [ Links ]

SAS INSTITUTE. 1997. SAS/STAT use's guide: Statistics. Release 6.12 SAS Inst., Cary, N. C. 1028 p.         [ Links ]

SORIA F., M. J.; FERRERA–CERRATO, R.; ETCHEVERS B., J.; ALCANTAR G., G.; TRINIDAD S., A.; BORGES G., L.; PEREYDA, P. 2001. Producción de biofertilizante mediante biodigestión de excreta líquida de cerdo. Revista Terra Latinoamericana 19(4): 353–362.         [ Links ]

STEINER, A. A. 1984. The universal nutrient solution, pp. 633649. In: Proceedings of International Congress on Soilless Culture. International Society for Soilless Culture. Lunteren, The Netherlands.         [ Links ]