Introducción

Desde los inicios de la revolución verde, se ha hecho un uso y abuso de los fertilizantes de síntesis química en los sistemas productivos agrícolas de la comarca lagunera, con el consecuente deterioro ambiental (^{Sutton et al., 2013}). Los fertilizantes a base de nitrógeno más usados a nivel mundial son urea, amonio y nitrato, y son las principales fuentes de emisión de óxido nitroso, amoniaco y óxido nítrico (^{Song et al., 2020}; ^{Yao et al., 2017}). Otra desventaja de los fertilizantes químicos es la baja eficiencia de recuperación del nitrógeno ocurriendo perdidas por volatilización en forma de amoniaco del 50% en suelos alcalinos y hasta el 80% en suelos con alta humedad, lo que representa que menos del 50% del nitrógeno aplicado se transforme en biomasa vegetal (^{Crews y Peoples, 2004}). ^{Bonelli et al. (2018)} reportan una eficiencia de recuperación de nitrógeno del 37 al 53%, usando urea y nitrato de amonio. Además, ^{Mozumder y Berrens (2007)} mencionan que el uso intensivo de fertilizantes conlleva a una pérdida de la biodiversidad y la alteración de los ciclos biológicos debido a la interrupción en la liberación de nutrientes.

Las tecnologías de última generación deben enfocarse en el mantenimiento sostenible de un sistema, de tal manera que la utilización y aplicación de los recursos deben pensarse para conservar el ambiente (^{Grageda-Cabrera et al., 2012}). El uso combinado de abonos orgánicos y de microorganismos promotores del crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés) son dos estrategias que contribuyen a la biodiversidad del suelo (^{Raja, 2013}). Existen trabajos en los que se han incorporado microorganismos con propiedades de promover el crecimiento vegetal en los sustratos utilizados como fertilizantes con resultados satisfactorios. ^{Cisse et al. (2019)} reportaron resultados superiores en trigo al usar biofertilizantes y estiércol juntos que usando solamente fertilizantes químicos. De igual manera ^{Gao et al. (2020)} mencionan efectos sobresalientes en el crecimiento y productividad del cultivo de maíz, al utilizar biofertilizantes, reduciendo significativamente el uso de fertilizantes químicos.

Los biofertilizantes contienen unidades formadoras de colonias de diversas especies de microorganismos, con múltiples capacidades, tales como favorecer la disponibilidad de nutrientes insolubles mediante procesos biológicos (^{Vessey, 2003}). El biofertilizante ha sido identificado como una alternativa para minimizar o desplazar el uso de fertilizante químico, y aumentar la fertilidad del suelo y la producción de cultivos en la agricultura sostenible (^{Itelima et al., 2018}). El uso continuo de los biofertilizantes mantiene el ambiente del suelo rico en todos tipos de macro y micronutrientes a través de la fijación de nitrógeno, solubilización o mineralización de fósforo y potasio, liberación de sustancias reguladoras del crecimiento de las plantas, producción de antibióticos y biodegradación de materia orgánica en el suelo (^{Sinha et al., 2010}). También se menciona que la aplicación de biofertilizantes al suelo aumenta la biodiversidad que constituye todo tipo de bacterias y hongos útiles, incluidos los hongos micorrízicos arbusculares (AMF), las llamadas rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPR) y fijadoras de nitrógeno (^{Itelima et al., 2018}). El objetivo de esta investigación fue evaluar fuentes de nutrición orgánicas e inorgánicas combinadas con biofertilizantes en su capacidad de aportar elementos nutrimentales al cultivo de melón y su respuesta en rendimiento y calidad comparado con la fertilización química.

Materiales y Métodos

El experimento se llevó acabo en el ciclo primavera-verano 2019, en el campo experimental de la Facultad de Agricultura y Zootecnia (FAZ), localizada en el ejido Venecia, Gómez Palacio, Durango, ubicada en la Comarca Lagunera (25° 46’ 59.96” N y 103° 21’ 02.63” O). Esta región tiene una precipitación media anual de 235 mm, tiene una altitud de 1100 m y su temperatura media anual es de 18.6 °C. El suelo donde se llevó acabo el experimento es un aridosol, tipo aluvión, textura migajón limosa, bajo en materia orgánica (1%), pH (8.32), conductividad eléctrica (CE) (0.90 mS cm^-1) y contenido de nitratos (15.17 mg kg^-1).

Resultados y Discusión

Se observaron diferencias significativas (P ≤ 0.05) en los tratamientos para el diámetro polar (DP), grosor de la pulpa (GP), cavidad de las semillas (CS), solidos solubles totales (SST), número de guías (NG), peso de fruto (PF), rendimiento (REND), y altamente significativas (P ≤ 0.01) en materia seca de raíz (MSR) (Cuadro 1). No se observaron diferencias significativas (P ≤ 0.05) en diámetro ecuatorial (DE), longitud de la guía (LG) y número de hojas (NH).

La comparación de medias para tratamientos muestra en la variable DP que todos los tratamientos a excepción del tratamiento uno (140 UNE), fueron estadísticamente iguales destacando numéricamente el tratamiento dos (120 UNE), con un valor de 16.45 cm. Estos resultados son similares a los encontrados por ^{Moreno-Reséndez et al. (2014)} quienes en su experimento con vermicomposta y arena en producción de melón, obtuvieron valores de hasta 16.82 cm, asimismo similares a los reportados por ^{Abraham-Juárez et al. (2018)} en melón bajo condiciones de invernadero y solución Steiner, utilizando cepas de Bacillus subtilis, y superiores a los reportados por ^{García-Villela et al. (2020)} quienes encontraron valores de 10.87 cm usando solución Steiner bajo condiciones de invernadero. También se encontró que los tratamientos que tenían una cantidad menor de nitrógeno pero que además llevaban la mezcla de bacterias registraron valores similares a los producidos por el tratamiento siete (120-80-00). Con esto se asume que las bacterias tienen la capacidad de hacer disponible para la planta una cantidad importante de nutrientes para la formación de frutos de buen tamaño, siempre que existan en el suelo fuentes disponibles de fósforo inorgánico y orgánico, de los cuales se pueda realizar la liberación del nutriente fosfato (^{Restrepo-Franco et al., 2015}).

El GP es una característica del fruto de suma importancia, ya que representa la parte comestible. Los tratamientos dos (120 UNE), tres (80 UNE+B), cuatro (60 UNE+B), seis (60 UNQ+B) y siete (120-80-00), son estadísticamente iguales, sin embargo, el tratamiento tres (80 UNE+B) registro un valor de 4.59 cm (P ≤ 0.05) y mostró valores superiores a los encontrados por ^{Sánchez-Hernández et al. (2016)} en su experimento con vermicomposta y arena, quienes encontraron valores máximos de 3.14 cm. De igual manera superaron los resultados encontrados por ^{Moreno-Reséndez et al. (2014)} con valores de 3.76 cm bajo condiciones de invernadero y 3.94 cm a campo abierto, ambos tratados con abonos orgánicos de diferentes especies. ^{Ferreira et al. (2020)} encontraron valores bajos de grosor de pulpa para varias especies de melón, usando 10 Mg ha^-1 de estiércol bovino con riego por goteo. El efecto favorable observado en este trabajo puede deberse al aporte de nutrientes que conjuntamente incrementaron el estiércol más la incorporación de bacterias nativas de la región (^{Joshi et al., 2019}).

La CS es una variable que está fuertemente relacionada con la vida de anaquel del fruto pues aquellos con mayor cavidad de las semillas tienen menos vida de anaquel (^{Rizzo y Braz, 2004}). En este estudio se encontraron frutos con cavidades ligeramente mayores al grosor de la pulpa, lo que indica que probablemente la variable se encuentre relacionada con la genética del híbrido. Los mejores tratamientos (menor CS) fueron el uno (140 UNE), dos (120 UNE), tres (80 UNE+B), cuatro (60 UNE+B) y cinco (80 UNQ+B) (P ≤ 0.05), destacando los tratamientos tres (80 UNE+B) y cinco (80 UNQ+B) con un valor de 5.64 cm. Por su parte ^{García et al. (2009)} sostienen que los frutos con mayor grosor de pulpa, soportan más el manejo rústico de traslado.

Con excepción de los tratamientos uno y seis, todos fueron estadísticamente iguales en concentración de SST en fruto, sobresaliendo los tratamientos cuatro (60 UNE+B) y siete (120-80-00) con valores de 12.07 y 12.23 °Brix respectivamente. Estos valores están dentro del rango óptimo para ser considerados de calidad pues el fruto del melón debe contener de 10-12% de solidos solubles totales al momento de ser cosechado (Kader, 1998¹). El rango de valores de los SST observados en este trabajo está acorde con lo reportado por ^{Chien et al. (2009)} quienes mencionan que es posible aumentar la dulzura de frutos, utilizando bacterias solubilizadoras de fosfato como auxiliares en la nutrición vegetal; por su parte ^{Ortiz-Texon et al. (2016)} en su experimento en fresas encontraron que las bacterias promotoras de crecimiento vegetal, favorecieron el aumento de solidos solubles totales comparado contra el tratamiento que no llevaba bacterias.

El NG es importante porque determina, entre otros aspectos, mayor NH, más área foliar y más floración, lo cual se reflejó en un mayor rendimiento. Los metabolitos sintetizados en las hojas, acumulados en los órganos que se cosechan, tiene una influencia significativa en el rendimiento del cultivo (^{Tekalign y Hammes, 2005}). El tratamiento cuatro (60 UNE+B) mostró un valor de 3.87 en la variable NG, sin embargo, fue estadísticamente igual que los tratamientos uno, dos, tres y cinco (P ≤ 0.05). En general para el NG los tratamientos a base de fertilización orgánica más la adición de bacterias fueron mejores que el tratamiento químico. ^{Lok y Suárez (2014)} afirman que la aplicación de diferentes abonos y biofertilizantes contribuye favorablemente a la producción de biomasa.

El sistema radicular es la parte mas importante de una planta, ya que de éste depende la entrada de nutrientes del suelo a esta. Los tratamientos tres y cinco fueron los que más MSR acumularon (P ≤ 0.05) con valores de 33.14 y 35.61 g, respectivamente. Estos tratamientos tenían la misma dosis de N pero de diferente fuente y en común la mezcla de bacterias (Bacillus subtilis, Bacillus velesenzis y Azospirillum brasilensis). El género Azospirillum tiene la capacidad de incrementar en algunos cultivos el peso seco del sistema radicular, las partes aéreas de la planta y en consecuencia el desarrollo y la floración, mientras que el género Bacillus favorece la elongación celular y la actividad ACC desaminasa, enzima que favorece a los cultivos en ambientes áridos o salinos (^{Esquivel-Cote et al., 2013}; ^{Joshi et al., 2019}). De este último aspecto resalta la importancia de los aislados nativos adaptados a la región donde serán usados. ^{Reis et al. (2000)} reportaron aumentos en la materia seca aérea y materia seca en la raíz, además de reportar niveles altos de nitrógeno y de fósforo, debido a la incorporación deliberada de bacterias del género Azospirillum spp. Los valores de materia seca en raíz reportados por ^{Rodríguez-Mendoza et al. (2013)} son inferiores a los encontrados en este estudio, utilizando bacterias promotoras de crecimiento en su experimento de melón hidropónico con solución Steiner. De igual manera ^{Da Silva et al. (2019)} reportan incremento en la materia seca de raíz en plantas de melón, usando solo 15 Mg ha^-1 de estiércol bovino y flora nativa del suelo. Un aumento en la materia seca de raíz se debe, entre otros factores, a la cantidad de fósforo en la solución del suelo. ^{Hye-Ji y Xinxin (2016)} mencionan que en ausencia de fósforo disponible en la solución del suelo la materia seca de la raíz disminuye. Eso explicaría la materia seca acumulada en raíces en los tratamientos que llevaron mezcla de bacterias, ya que el género Bacillus sp. se caracteriza por su capacidad de solubilizar fósforo (^{Zaidi et al., 2009}). El aumento del sistema radical es también uno de los mecanismos que puede resultar en una mayor absorción de minerales y agua (^{Domingues-Duarte et al., 2020}).

El PF es una variable que está directamente ligada al rendimiento. En este trabajo los frutos con mejor peso promedio fueron generados por los tratamientos uno (140 UNE), cuatro (60 UNE+B) y seis (60 UNQ+B), con valores de 1.58, 1.67 y 1.53 kg respectivamente al (P ≤ 0.05). Sin embargo, estos son estadísticamente iguales a los tratamientos dos (120 UNE), tres (80 UNE+B) y cinco (80 UNQ+B). El tratamiento con menor PF fue el tratamiento siete (químico). Se observa que es posible reducir la dosis de nitrógeno hasta en un 50% (tratamiento cuatro y seis) con la adición de bacterias promotoras de crecimiento para producir PF aceptables comercialmente. Los PF del tratamiento cuatro con respecto al tratamiento siete (químico) fueron 38% más pesados. ^{Ferreira et al. (2020)} reportaron valores de peso promedio de 0.92 kg en el híbrido Harper con soluciones orgánicas inferiores a los reportados en este trabajo. De igual manera ^{Rodríguez-Mendoza et al. (2013)} reportan valores inferiores a los encontrados en este trabajo, utilizando bacterias de los géneros, Ochrobactrum, Microbacterium, Bacillus, Pseudomonas y Sphingomonas, en el cultivo de melón.

Respecto al rendimiento (REND) es importante mencionar que la producción regional media de melón en el 2018 fue de 34.7 Mg ha^-1 (^{SIAP, 2018}) la cual fue superada a nivel experimental por los tratamientos tres, cinco, dos y seis, en un rango del 1 al 11 por ciento. Los tratamientos tres y cinco lograron reducir hasta un 33% la aplicación de fertilizantes químicos, con respecto a la dosis recomendada para el cultivo del melón en la Comarca Lagunera, mejorando la producción en aproximadamente un 11 y 9% respectivamente. El tratamiento seis en el cual se redujo la aplicación de fertilizantes químicos en 50%, solo logró aumentar la producción 1% aproximadamente. El tratamiento dos que solamente incluyó 120 UNE, no necesito de una aportación extra de fertilizantes químicos, y superó la producción regional en 1.5%. Resultados similares encontraron ^{Gao et al. (2020)} quienes en su experimento lograron reducir el 50% de la fertilización química, utilizando biofertilizantes. Este efecto puede ser atribuido a la incorporación de bacterias en los tratamientos (^{Cisse et al., 2019}).

En las correlaciones (Spearman) entre las variables y tratamientos (Cuadro 2) se observó una relación positiva de la MSR con los tratamientos tres (80 UNE+B) y cinco (80 UNQ+B) (P ≤ 0.05), habiendo coincidencia en que ambos llevaban 80 UN más la presencia de bacterias. Esto probablemente se deba a una buena disponibilidad de fósforo, pues el incremento en la solución del suelo también aumenta la biomasa de brotes, raíces y flores (^{Hye-Ji y Xinxin, 2016}). El agregar bacterias benéficas al suelo ayuda a la liberación de nutrientes inorgánicos (^{Carvajal-Muñoz y Mera-Benavides, 2010}) listos para que las plantas los absorban. No se observó una relación clara entre las diferentes fuentes de nutrición con las variables de calidad internas del fruto (GP, CS, SST), pero la evidencia favorece a los tratamientos que utilizaron fuentes químicas sintéticas, esto se debió probablemente a la rapidez con la que los fertilizantes químicos dejan disponibles los elementos nutricionales para su utilización por la planta.

Correlaciones significativas y negativas se observaron entre el peso del fruto y rendimiento con el tratamiento químico. Lo anterior señala que los valores más bajos de peso de fruto y rendimiento se asociaron con el tratamiento químico. La baja disposición de nutrientes en la etapa de llenado de fruto puede deberse a los cambios desfavorables en condiciones químicas-biológicas del suelo que se generaron en la etapa de formación de raíces, guías y hojas. Debido a que los fertilizantes químicos sintéticos en el suelo disminuyen el pH (^{Zhao et al., 2014}), lo aumentan (^{Zhong et al., 2009}) o lo mantienen, dependiendo de la forma y composición del fertilizante (^{Plaza et al., 2004}).

^{Carvajal-Muñoz y Mera-Benavides (2010)} mencionan que el uso continuo de fertilizantes químicos causa pérdidas en la productividad de los suelos, debido principalmente a la degradación de propiedades biológicas, físicas y químicas. De igual manera ^{Blanco-Canqui y Schlegel (2013)} mencionan que el uso de grandes cantidades de fertilizante químicos por períodos largos solo contribuirá a la degradación de la estructura del suelo y el deterioro de su productividad. La aplicación de grandes cantidades de fertilizantes cambia las propiedades químicas del suelo, al grado de poder dañar químicamente las estructuras subterráneas de las plantas (^{Hawes et al., 2003}). De igual manera al aplicar grandes cantidades de estiércol cada año, aumenta la conductividad eléctrica del suelo (^{Trejo-Escareño et al., 2013}). Cada tonelada de estiércol libera entre 15 y 50 kg de sales al suelo (^{Castellanos, 1986}).

Respecto a las correlaciones de Pearson entre variables agronómicas y de calidad en el cultivo de melón (Cuadro 3), la correlación positiva que se observó entre las variables de calidad externa del fruto (DP, DE) y variables de calidad interna del fruto de melón (SST, GP, CS) se debe principalmente a las características genéticas del hibrido de melón (^{Espitia-Camacho et al., 2005}).

Las variables LG, NH y MSR presentaron correlación positiva (P ≤ 0.05) con el REND, lo cual sugiere que dentro de cierto límite de largo de guías y número de hojas hay una tendencia a incrementar el rendimiento del cultivo. La acumulación de materia seca en la parte área y en la raíz, es factor importante que determina la productividad del cultivo (^{Ñústez-López et al., 2009}), esto tiene sentido ya que estas estructuras vegetales fotosintéticamente activas transforman los nutrientes inorgánicos en compuestos orgánicos, mediante la fotosíntesis, ^{Gutiérrez-Rodríguez et al. (2005)} mencionan que la toma de nutrientes, la fotosíntesis, entre otros factores interactúan entre sí para dar como resultado el rendimiento final del cultivo. Altos valores de superficie foliar fotosintéticamente activa en etapas reproductivas podrían alcanzar rendimientos más altos (^{Soto et al., 2009}), bajo situaciones no limitantes. La relación entre MSR y REND (P ≤ 0.05), refleja que las plantas con un mayor sistema radicular son más productivas. Solo la variable de CS correlacionó negativamente (P ≤ 0.01) con el rendimiento del cultivo, debido a que CS es un espacio mayormente con gases del fruto. Esto es que entre más grande sea la cavidad de las semillas menor será el GP, el cual contribuye directamente con el rendimiento (^{Villanueva-Verduzco et al., 2013}).

Conclusiones

El uso de mezcla de bacterias (Bacillus velezensis, Bacillus subtilis y Azospirillum brasilensis) a una concentración de 1 × 10⁷ (biofertilizantes) en combinación con fuentes de nutrición orgánicas (estiércol solarizado bovino) o inorgánicas (fertilizantes químicos) en el cultivo de melón, demostraron ser una alternativa para mejorar algunos rasgos de calidad en los frutos, así como mantener un rendimiento competitivo del cultivo; también son una opción para reducir las dosis de fertilizantes químicos o de estiércoles hasta en un 33% en la producción agrícola constituyéndose en una alternativa de producción agrícola sustentable.

Declaración de Ética

No aplica.

Consentimiento para Publicación

No aplica.

Disponibilidad de Datos

Los conjuntos de datos utilizados o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

Conflicto de Intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en competencia, en esta sección.

Fondos

Universidad Juárez del Estado de Durango.

Contribución de los Autores

La contribución estuvo a cargo de todos los autores de la manera siguiente, la conceptualización: U.G.S., M.Á.G.R. y T.L.G.S. Metodología: U.G.S., M.Á.G.R. y M.G.C. Software: U.G.S., M.Á.G.R. y M.G.R.H. Validación: U.G.S., M.Á.G.R. y P.P.R. Análisis formal: U.G.S., M.Á.G.R. y P.P.R. Investigación, U.G.S., M.Á.G.R., T.L.G.S., P.P.R., M.G.C., M.G.R.H. y J.L.G.H. Recursos: U.G.S. Curación de datos: U.G.S. y M.Á.G.R. Escritura, preparación del borrador original: U.G.S., M.Á.G.R., T.L.G.S., P.P.R., M.G.C., M.G.R.H. y J.L.G.H. Escritura, revisión y edición: U.G.S., M.Á.G.R., T.L.G.S., P.P.R. y J.L.G.H. Visualización: U.G.S. y M.Á.G.R. Supervisión: U.G.S. y M.Á.G.R. Administración del proyecto: U.G.S. Adquisición de fondos: U.G.S.