Impacto en la calidad y en el rendimiento

Realizamos dos estudios, cada uno de 2 años, para evaluar el rendimiento de la alcachofa (Cynara cardunculus), la calidad del capítulo (concentraciones de ácido clorogénico y cinarina) y las propiedades químicas del suelo bajo diferentes sistemas de cultivo (orgánico versus convencional), así como la fuente de enmienda orgánica del suelo (basado en restos animales o vegetales). En el primer experimento, comparamos sistemas agrícolas orgánicos y convencionales, mientras que las fuentes de fertilizantes orgánicos se consideraron en el segundo experimento.

Para el primer estudio se evaluaron siete cultivares: Deserto, Lulu, Romolo, 11-018, 12-179, Green Globe Improved e Imperial Star y para el segundo estudio se usaron cuatro fertilizantes orgánicos basados en vegetales (harina de alfalfa) y animales (harina de pescado, harina de sangre y estiércol de pollo) aplicados al cultivar 12-179. En ambos años, la agricultura convencional tuvo un mayor rendimiento comercial de la planta, pero una menor calidad de la cabeza en comparación con la agricultura orgánica. Después de dos años de enmiendas, el suelo en el campo convencional tuvo una menor respiración-CO₂ (indicador de salud del suelo) en comparación con el campo orgánico. En el suelo orgánico modificado con fertilizantes de origen animal, el rendimiento comercial fue mayor que cuando se modificó el suelo con fertilizante de origen vegetal. Por el contrario, el fertilizante a base de plantas (harina de alfalfa) causo una mayor respiración en el suelo y mayor contenido en fitoquímicos (ácido clorogénico y cinarina) en comparación con los fertilizantes orgánicos de origen animal (harina de pescado, harina de sangre y estiércol de pollo).

La alcachofa (Cynara cardunculus) es una fuente rica de compuestos fenólicos, principalmente el ácido dicafeoilquínico y la cinarina, los cuales son beneficiosos para la salud humana (Ciancolini et al., 2013; Moglia et al., 2008). Los sistemas agrícolas (orgánicos frente a los convencionales) pueden afectar significativamente el crecimiento y la productividad de la planta y la calidad de la alcachofa, así como la biota y las propiedades físicas y químicas del suelo (Antonious et al., 2014; Leskovar y Othman, 2018).

Mejorar la salud del suelo conduce a una mayor diversidad y abundancia de microorganismos del suelo y mejora la calidad del producto final (Leskovar y Othman, 2018; Schrama et al., 2018). Por ejemplo, en un estudio de 20 años, las enmiendas del suelo que usaron estiércol de ganado y el sistema orgánico de alfalfa aumentaron significativamente el porcentaje de materia orgánica del suelo en el perfil superficial (15 cm superior) (Blanco-Canqui et al., 2017). Sin embargo, la enmienda del suelo con fertilizantes orgánicos es menos productiva que la convencional (Othman y Leskovar, 2018).

Desde la última década, varios fertilizantes orgánicos están disponibles comercialmente, incluidos los fertilizantes a base de plantas (p. Ej., cultivos de leguminosas) y animales (p. Ej., harinas de sangre y pescado, plumas, huesos y estiércol compostado) (Gaskell y Smith 2007; Othman y Leskovar, 2018). Las leguminosas de abono verde mejoran las propiedades físicas y químicas del suelo, mejoran la fertilidad del N y reducen el riesgo de lixiviación de nitrato (NO₃) (Fauci y Dick, 1994; Vyn et al., 2000; Fageria, 2007). Se ha demostrado que el abono verde de leguminosas (Lupinus angustifolius) incrementa la disponibilidad de fósforo (P) del suelo a través de una mayor mineralización de P orgánico (Randhawa y otros, 2005). Gil et al. (2008) encontraron que los fertilizantes orgánicos de origen animal (estiércol de compost) agregan niveles aceptables de materias orgánicas y nutrientes al suelo y no causan contaminación por metales pesados. Además, la utilización de estiércol de pollo (fertilizante orgánico a base de animales) como tratamiento de enmienda del suelo mejora la fertilidad y las propiedades físicas del suelo (Antonious et al., 2014).

Aunque numerosos fertilizantes orgánicos se han vuelto más fácilmente disponibles comercialmente, la elección de la fuente de fertilizante orgánico (basada en plantas o animales) es una de las mayores preocupaciones en la agricultura orgánica (Montemurro et al., 2015). Además, el costo de los fertilizantes orgánicos puede ser inaccesible para los productores (Mikkelsen y Hartz, 2008). Encontrar un sistema de cultivo que mejore la calidad de la alcachofa (fenólicos y cinarina) será de gran interés para los productores de alcachofas. El objetivo de este estudio fue evaluar la influencia del sistema de cultivo (orgánico versus convencional) y la fuente orgánica del suelo (basada en plantas vs. animales) en la salud del suelo, el rendimiento y la calidad de la cabeza de la alcachofa.

Ambos experimentos se realizaron en el Centro de Investigación y Extensión de Texas A&M Agrilife de Texas, Uvalde, Texas, EE. UU. (Lat. 29 ° 12'57.6 “N, Long. 99 ° 45'21.6” W) entre octubre de 2014 a julio de 2016. El suelo en ambos campos fue limo-arcilloso. El campo orgánico utilizado fue en el 2009 certificado para la agricultura orgánica por el Departamento de Agricultura de Texas, Austin, EE UU Para el primer experimento, se utilizaron siete cultivares: Deserto, Lulu, Romolo, 11-018, 12-179, Green Globe Improved and Imperial Star (Figura 1). Los fertilizantes orgánicos e inorgánicos se inyectaron a través del sistema de riego a una tasa equivalente de 120 N, 100 P y 100 K kg·ha^-1. El cultivar 12-179 se usó para el segundo estudio con el fin de evaluar fertilizantes en base de plantas (harina de alfalfa, 2,5-0,5-2,50) y fertilizantes a base de animales (harina de pescado 7-7-2, harina de sangre 13-0-0, y abono de pollo 3-2-2). Los cuatro fertilizantes se aplicaron a las mismas parcelas en los dos años consecutivos y se incorporaron a la superficie del suelo (20 cm superior) a una tasa equivalente de N 130 kg ha^-1 en 2014-2015 y 90 kg ha^-1 en 2015-2016) (Figura 2). Para ambos estudios, las cosechas de alcachofas se realizaron entre abril y junio de 2015 y 2016 y se determinó el rendimiento comercial (t ha^-1) y la calidad de la cabeza (ácido clorogénico y cinarina utilizando un sistema de cromatografía líquida de alta presión, HPLC, módulo de separación Waters Alliance 2695, Milford, MA 01757). Se tomaron muestras de suelo (30 cm superiores) de las parcelas 12-179 en ambos campos (convencional y orgánico) al inicio (septiembre de 2014) y al final del estudio (julio de 2016). Los analisis se determinaron como se describe en Leskovar et al. (2016) y Al-Ajlouni et al. (2017).

El sistema de cultivo (convencional y orgánico) influye significativamente en el rendimiento de la alcachofa, la calidad de la cabeza y las propiedades químicas del suelo (Tabla 1 y Figura 3). En ambos años, la agricultura convencional tuvo un rendimiento comercial más alto que el sistema orgánico (Tabla 1). Resultados similares encontraron Schrama et al. (2018) y Leskovar y Othman (2018). Los cultivares '12 -179 ', '11 -018' y 'Lulu' en el sistema de cultivo convencional tuvieron el mayor rendimiento en comparación con los otros cultivares, tanto de suelo orgánico como en convencional, en ambos años (Tabla 1). Un mayor rendimiento podría atribuirse a mayores niveles de N, P, K en el suelo (Figura 3). Por el contrario, el campo orgánico tuvo una mayor calidad de la cabeza (ácido clorogénico y cinarina) en comparación con los convencionales (Tabla 1). Esto podría deberse a una mejora en la calidad del suelo reflejada en una mayor respiración en el campo orgánico (Figura 3). La biota del suelo, incluidos los hongos (por ejemplo, micorrizas arbusculares), las bacterias activas y los nematodos beneficiosos, desempeñan un papel clave en la mejora del crecimiento y la productividad de las plantas, la salud del suelo y la calidad de la fruta (Al-Karaki y otros, 2007; Leskovar y otros, 2016). En este sentido, se ha encontrado que tras un período de 7 años en sistema de cultivo orgánico aumenta el carbono de la biomasa microbiana del suelo (Das et al., 2017). Además, la mayoría de los parámetros de calidad del tomate (Solanum lycopersicum) (contenido de licopeno, azúcar total, sólidos solubles totales) y zanahoria (Daucus carota) (sólidos solubles totales, ácido ascórbico, betacaroteno) en la agricultura orgánica fueron más altos que los convencionales (Das et al., 2017).

El sistema orgánico también mejoró significativamente la materia orgánica del suelo y su respiración (indicador de salud del suelo) (Figura 3). Chou et al. (2017) encontraron que la diversidad microbiana y el tamaño de la población eran más altos en la agricultura orgánica que en los sistemas convencionales. La alta materia orgánica y las prácticas conservadoras de labranza (por ejemplo, la labranza en tiras) aumentan las bacterias activas y totales del suelo, los hongos y los nematodos totales (Leskovar et al., 2016; Schrama et al., 2018). Curiosamente, los patógenos del suelo, tales como Pratylenchus y Meloidogyne fueron significativamente más bajos en el sistema orgánico en comparación con los convencionales (Atandi et al., 2017). En general, aunque la agricultura orgánica no es tan productiva en comparación con la convencional en el corto plazo, las prácticas a largo plazo (10-13 años) de la agricultura orgánica pueden dar como resultado una mayor estabilidad de las variables bióticas y abióticas del suelo, y sus procesos, como asi también aproximar sus rendimientos a los del sistema convencional (Schrama et al., 2018).

Fuente del abono orgánico (vegetal- vs. animal)

Evaluamos la influencia de las enmiendas del suelo utilizando diferentes fertilizantes orgánicos (basados en plantas y animales) sobre el rendimiento, la calidad de la cabeza y la salud del suelo de la alcachofa (cv. 179). Después de dos años de modificar el suelo con fertilizantes orgánicos de origen vegetal (harina de alfalfa) y animal (harina de pescado, harina de sangre y estiércol de pollo), el rendimiento comercial del suelo modificado con estiércol de pollo (fertilizante animal) fue mayor que el del modificado con harina de alfalfa (fertilizante a base de plantas) (Tabla 2). Por el contrario, la alcachofa cultivada en el suelo enmendado con harina de alfalfa tuvo una mayor calidad de la cabeza (cinarina y concentraciones de ácido clorogénico) que las que se sometieron a fertilizantes de origen animal (Tabla 2). De hecho, el suelo modificado con harina de alfalfa tuvo mayor materia orgánica y respiración del suelo (CO₂-C del suelo) en comparación con los tres fertilizantes de origen animal (Figura 4).

Las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo son los principales indicadores de la salud del suelo y desempeñan funciones clave en el crecimiento de las plantas y la calidad de la fruta (Elliott, 1994; Leskovar et al., 2016). La harina de alfalfa tuvo un indicador de calidad del suelo más alto en comparación con los fertilizantes de origen animal (Tabla 2 y Figura 4). El mayor porcentaje de materia orgánica en la harina de alfalfa en comparación con las harinas animales puede atribuirse a la mayor tasa promedio de aplicación anual de harina de alfalfa (4,400 kg ha^-1) en comparación con la harina de sangre (846 kg ha^-1) estiércol de pollo (3,666 kg ha^-1) y harina de pescado (1,571kg ha^-1) (Figura 5). Otros estudios demostraron que la materia orgánica del suelo mejora la capacidad de retención de agua, los niveles de nutrientes y la estabilidad agregada del suelo y, como resultado, aumenta la producción de los cultivos (Arriaga y Lowery, 2003; Bassouny y Chen, 2016; Zhang et al., 2006). Además, las mayores actividad microbiana y respiración del suelo conducen a una mayor calidad de la fruta (Leskovar et al., 2016; Leskovar y Othman, 2018). Sin embargo, no se notaron diferencias significativas en el pH del suelo y la disponibilidad de nutrientes entre los tratamientos de fertilizantes orgánicos, excepto para P y K en el segundo año. Curiosamente, y contrario a lo esperado, la EC del suelo cuando se usó la harina de alfalfa fue ligeramente más alta que cuando se aplicaron los fertilizantes de estiércol de pollo y harina de pescado (Figura 4). Li-Xian y otros. (2007) encontraron un riesgo potencial de salinización secundaria del suelo cuando se aplican altas tasas de estiércol de pollo y paloma. Esto se debe a que normalmente se agrega sal externa a la dieta animal para aumentar la productividad y prevenir trastornos minerales (Diacono y Montemurro, 2015).

El coste total es un factor clave para seleccionar los fertilizantes orgánicos comerciales. En este estudio, el coste del fertilizante de alfalfa (fertilizante anual por ha^-1) fue mayor que el de los fertilizantes de origen animal (Figura 5). Basado en una unidad de N tendríamos: 74 dólares kg^-1 para el fertilizante de alfalfa, 31 dólares kg^-1 para el de sangre, 28 dólares kg^-1 para el estiércol de pollo y 44 dólares kg^-1 para la harina de pescado. En consecuencia, el coste total (promedio anual por ha) aplicado es muy alto y equivale a 8,140 dólares para el fertilizante de alfalfa, 3,410 para el de sangre, 3,080 para el de estiércol de pollo y 4,840 dólares por hectárea para el de harina de pescado. En general, el fertilizante a base de plantas (alfalfa) puede ser la mejor decisión para mejorar la calidad del suelo y de la alcachofa, pero no es la opción ideal para los agricultores orgánicos, cuando el rendimiento y el coste de los fertilizantes son la principal preocupación.

El sistema de cultivo convencional tuvo mayor rendimiento de alcachofa que los orgánicos en todo el período de estudio y sobre todos cultivares estudiados. Sin embargo, la agricultura orgánica aumentó significativamente los indicadores de salud del suelo (% de materia orgánica y CO₂ de respiración). Como resultado, la calidad de la alcachofa (ácido clorogénico y cinarina) del cultivo orgánico fue superior a la del sistema de cultivo convencional. En general, y considerando un corto plazo (2 años), la agricultura orgánica no parece una práctica apropiada (en comparación con la convencional) para los agricultores, específicamente, cuando la preocupación principal es el alto rendimiento y los costes laborales y de insumos (fertilizantes).

La enmienda del suelo con fertilizantes de origen vegetal (harina de alfalfa) produjo un rendimiento comercial más bajo en comparación con los fertilizantes de origen animal (harina de pescado, harina de sangre y estiércol de pollo). Además, el coste total (por ha) de la harina de alfalfa fue notablemente más alto que el de los fertilizantes de origen animal. Sin embargo, el fertilizante a base de plantas (harina de alfalfa) aumentó significativamente el % de materia orgánica del suelo y el CO₂ de la respiración y la calidad de la cabeza (cinarina y ácido clorogénico) en comparación con los fertilizantes de origen animal.

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