Aprovechamiento de los residuos de cultivos hortícolas para reciclar materia orgánica y nutrientes

La biomasa residual que generan los cultivos hortícolas intensivos supone un grave problema para la sostenibilidad del sector si no se retiran de las explotaciones y se les da una salida que sea económica y medioambientalmente viable. En el caso de los cultivos hortícolas del litoral de Almería la producción de residuos vegetales se estima en 1.751.242 t de material fresco año^-1, 25 t·ha^-1(Tolón y Lastra, 2010; López y otros, 2013). La reutilización de estos residuos es una vía de actuación que potencia nuevas actividades económicas locales asociadas al proceso del compostaje, garantizando además una fuente de materia orgánica y nutrientes de fácil accesibilidad para los agricultores. Desde el punto de vista medioambiental reduce la contaminación producida por el abandono de los restos vegetales en ramblas y solares, los cuales constituyen un foco de propagación de enfermedades, plagas, malos olores e impacto visual negativo (Parra, 2004).

El compostaje es un proceso que consiste en la descomposición biológica de los materiales orgánicos en condiciones aeróbicas, transformándolos en CO₂, energía térmica y materia orgánica estabilizada, rica en sustancias húmicas. En condiciones óptimas la alta tasa de descomposición aeróbica tiene lugar con mínimas emanaciones volátiles y de lixiviación. Constituye por tanto una propuesta adecuada para reciclar materia orgánica y elementos nutritivos, dado que el material vegetal del que proviene contiene en torno al 50% del total absorbido por el cultivo (Contreras y otros, 2014).

El contenido de nutrientes del compost puede tener un significativo impacto sobre las propiedades químicas y la fertilidad del suelo (pH, salinidad y concentración de N, P, K, Ca, Mg y microelementos). La eficacia como fertilizante va a depender fundamentalmente de la dosis aplicada, del contenido de nutrientes, relación C/N, de la textura del suelo y de las condiciones ambientales, así como de los requerimientos nutricionales de cada cultivo. Manejos inadecuados de la fertirrigación, si no se considera las fertilidad del compost, pueden originar problemas de sobre fertilización, al sobrepasar las necesidades nutricionales del cultivo, y producir acumulaciones excesivas de nutrientes en la planta (consumo de lujo), en el suelo (alterando sus propiedades) y en las aguas subterráneas debido a la lixiviación de sales con los excedentes del riego. Con el objetivo de mejorar el conocimiento sobre el uso agrícola del compost de residuos hortícolas el IFAPA ha desarrollado durante 2017-2018 la línea experimental “Evaluación del posible aprovechamiento de restos vegetales de hortícolas para uso como enmienda orgánica en los sistemas intensivos del litoral mediterráneo de Andalucía”. Esta línea experimental se ha realizado dentro del 'Proyecto Transforma (EI.TRA.TRA201600.9): Innovación cooperativa para una horticultura protegida sostenible'.

Se han llevado a cabo dos experiencias en el Centro IFAPA La Cañada (Almería), la primera experiencia (Exp.1) ha tenido como objetivo evaluar el efecto del compost de restos hortícolas, sobre las propiedades del suelo y los rendimientos de tomate y la segunda experiencia (Exp.2), ajustar la fertirrigación considerando la capacidad fertilizante del compost. Las variedades de tomate ensayadas fueron 74339RZ (Rijk Zwaan Ibérica) en ciclo de invierno-primavera de 2017 y Martyvel (Filosem S.L) en ciclo de otoño-invierno 2017/2018. Las experiencias se desarrollaron en invernadero multitúnel de polietileno (800 m²), suelo enarenado y riego por goteo. El suelo (antes del aporte de la materia orgánica) tiene textura media pesada (Franco-arcillo-arenoso), 20% de pedregosidad, 2% de materia orgánica, 0,06% de Nitrógeno total, 26,8 mg·Kg^-1 de N-NO_3- y 22 mgP·Kg^-1, pH 8,1 y es medianamente salino (CE 5,3 dS·m^-1) debido a la alta concentración de Cl^- (35,5 meq·L^-1), SO₄^2- (14,6 meq·L^-1) y Na⁺ (38,5 meq·L^-1).

El diseño experimental fue de bloques completos al azar con cuatro tratamientos y cuatro repeticiones. Los tratamientos en Exp.1, fueron: 35 t·ha^-1 de compost procedente mayoritariamente de restos de tomate (C₁), 28 t·ha^-1 de compost procedente mayoritariamente de restos de pimiento (C²), 27 t·ha^-1 de estiércol (E) y sin aportación de materia orgánica al suelo (F₁₀₀). La dosis del material orgánico corresponde a una aportación aproximada de 340 UF N·ha^-1 2año^-1 tomando como referencia el Decreto 36/2008 (designa en Andalucía las zonas vulnerables a la contaminación por nitratos procedentes de fuentes agrarias). Los compost C₁ y C₂ proceden de plantas industriales de compostaje situadas en diferentes comarcas agrícolas de la provincia de Almería, concretamente en Rioja y El Ejido, respectivamente.

Imagen 1. Vista general de la experiencia 1 (izq.), preparación del suelo en C₁ Exp.2 (dcha.).

El material vegetal del que procede el compost parece influir en sus propiedades físico-químicas y químicas (tabla 1). Así C₁ contiene menor concentración de N, K y Ca y mayor contenido de P y Mg que C₂. El pH de los materiales es básico y la conductividad eléctrica (CE) elevada, debido al exceso de cloruros, sobre todo en el compost C₁. Respecto al estiércol, el compost tiene menos concentración de materia orgánica (más baja C₁) pero mayor contenido de ácidos húmicos y fúlvicos y de K. La relación C/N es más baja en el compost pero más equilibrada que en el estiércol. Una relación C/N menor a 15, caso de los dos compost, se asocia al compost maduro y un valor menor o igual a 12 se asocia al compost de calidad (Jiménez y García, 1989), caso de C1. Dado el bajo porcentaje de materia orgánica (0,7%) del suelo obtenido al finalizar la Exp.1 (30/06/2017), en la segunda experiencia se aplicaron 19 t·ha^-1 de compost C₁, 13 t·ha^-1 de compost C₂, y 17 t·ha^-1 de estiércol (E). Estas dosis corresponden a una aportación aproximada de 170 UF N·ha^-1.

Imagen 2. Desarrollo vegetativo en C₁ y F₁₀₀ (izq.), desarrollo y maduración de frutos (dcha.).

En Exp.1 la fertirrigación fue la misma para los cuatro tratamientos y se calculó en base a las extracciones del cultivo para una producción de 10 kg·m^-2 (Segura y otros, 2012). La concentración media de N, P y K de la disolución nutritiva fue 9,0, 0,8 y 4,0 meq·L^-1 respectivamente y la CE de 2,0 dS·m^-1. De la misma manera la fertirrigación en Exp. 2 se aplicó considerando las extracciones del cultivo para una producción de 12 kg.m-2. En F₁₀₀ se inició a los 27 días desde el transplante (ddt) y en los tratamientos orgánicos a los 72 ddt, cuando la concentración de N y K de la disolución del suelo fue inferior a 1,5-2,0 meq·L^-1. La CE media de la disolución nutritiva fue en F₁₀₀ de 2,1 dS·m^-1 y en C₁, C₂ y E, 1,6 dS·m^-1.

El agua de riego es de origen subterráneo de pH alcalino (8,0) y CE 1,2 dS·m^-1. La dosis de riego se estimó en función de las necesidades hídricas del cultivo, a partir de la ETc y tensiómetros situados a profundidad de 10 cm, estableciéndose en ambas experiencias, una tensión máxima de 15 cb para la activación del riego.

Experiencia 1. Efecto sobre las propiedades del suelo y los rendimientos de tomate

Fertilidad del suelo

La incorporación de compost al suelo eleva el contenido de materia orgánica (MO) y P disponible comparado con el suelo sin aporte de MO y solo fertirrigación (F₁₀₀) (Figuras 1a y 2a). Respecto al estiércol, las parcelas tratadas con compost tienen menor contenido de materia orgánica y relación C/N y una mayor concentración de K disponible. Estas diferencias desaparecen al finalizar el ciclo de cultivo (Figuras 1b y 2b), excepto en el P cuya concentración sigue siendo más elevada en los tratamientos de compost y el K disponible también es mayor en C₂ respecto a lo demás tratamientos.

Efectos salinos

El efecto potencial de los tratamientos sobre la salinidad del suelo se cuantificó midiendo la CE y concentración de sales mayoritarias en el extracto saturado del suelo (figuras 3a y 3b). A los 51 ddt, la CE fue significativamente mayor en los tratamientos orgánicos (en torno a 1,7 dS·m^-1) respecto al tratamientos F₁₀₀ (1,2 dS·m^-1). En ambos casos, los valores son muy bajos comparados con la elevada salinidad inicial de los materiales orgánicos (tabla 1) y del propio suelo (5 dS·m^-1), este descenso de CE se puede asociar al riego de lavado realizado en preplantación (55 L·m^-2) y que supuso un 11% del volumen total del agua aplicado al cultivo. Independientemente del tratamiento, las sales mayoritarias de la disolución del suelo fueron Cl^-, SO₄^2- y Na⁺. Al finalizar la experiencia no existen diferencias significativas entre tratamientos en pH, CE y los elementos solubles de la disolución del suelo (figura 3b). Si bien se detecta, tanto en los tratamientos orgánicos como el tratamiento sin aporte de materia orgánica, un aumento de la CE del suelo (aprox. 3,8 dS·m^-1) por acumulación de Cl^-, Na⁺ y SO₄^2-.

Efecto sobre la producción de tomate

No hubo diferencias significativas entre los tratamientos en la producción comercial, no comercial (Tabla 2) y peso medio del fruto de los diferentes calibres comerciales. La producción media ha sido de 11,2 kg·m^-2 y la producción no comercial inferior al 3,0%. El peso medio del fruto de calibre GG, fue 229 g, del calibre G, 159 g, del calibre M, 112 g y del MM, 69 g.

Eficiencia de los tratamientos (enmienda orgánica versus fertirrigación)

La fertirrigación aplicada ha sido suficiente para cubrir las necesidades de la planta para obtener la producción estimada de 10 kg·m^-2 como se demuestra con el tratamiento F₁₀₀ (solo fertirrigación). La cantidad total de N, P y K aplicada por fertirrigación ha sido de 376 kgN·ha^-1, 76 kgP·ha^-1 y 459 kgK·ha^-1. Teniendo en cuenta estos resultados se puede pensar en una sobre fertilización del cultivo en los tratamientos orgánicos (NPK fertirrigación + NPK material orgánico) y un posible consumo de lujo del cultivo, lo cual puede reducir la eficiencia de uso de nutrientes y aumentar los costes de producción respecto al tratamiento F₁₀₀.

Experiencia 2. Ajuste de la fertirrigación

Efecto sobre la producción

Se aprecia desde el inicio del cultivo un mayor desarrollo de la planta en los tratamientos orgánicos (Imagen 2, izq.); en estos tratamientos a los 41 desde el transplante (ddt) el cultivo ha entrado en fase de engorde de frutos, mientras que F₁₀₀ está en fase de fructificación. Como muestra la figura 4, esta mayor precocidad se confirma a los 90 ddt, con una producción de fruto en los tratamientos orgánicos de 1,6 kg·m^-2 un 56% más que F₁₀₀ (0,7 kg·m^-2). La diferencia de producción es estadísticamente significativa hasta los 142 ddt (50% del total recolectado). Durante el resto del ciclo las producciones se igualan, especialmente, F₁₀₀ y los tratamientos de compost. Al finalizar el ciclo de cultivo no hubo diferencias significativas en los rendimientos y número de frutos, entre el compost y el estiércol, siendo la producción media de estos tratamientos del orden de 12 kg·m^-2. La producción no comercializable fue despreciable en todos los tratamientos (tabla 3).

Efecto sobre la nutrición NK de la planta

La respuesta nutricional de la planta se evaluó mediante la medida de la concentración de NO₃- y K⁺ en la savia del peciolo foliar (Figura 5). Independientemente del tratamiento, ambos nutrientes mostraron una evolución similar en el tiempo. Los niveles de nitratos y potasio aumentan los primeros 43 ddt, alcanzando los valores más elevados del ciclo de desarrollo, de 2.700 mg NO₃-·L^-1 y en torno a 6.000-6.200 mg K⁺·L^-1 los tratamientos de compost y 5.400 mg K⁺·L^-1 E y F₁₀₀. Dichas concentraciones bajan en el tiempo hasta alcanzar en la última fase de desarrollo, valores de 600-1.000 mg NO₃-·L^-1 y en torno a los 1.200 mg K⁺·L^-1. Los elevados valores de N y K de la savia en la primera fase del cultivo, muestra la capacidad fertilizante de los materiales orgánicos para suministrar estos dos nutrientes a la planta dado que, a diferencia de F₁₀₀, la fertirrigación en dichos tratamientos se inició más tarde (72ddt). La evolución de la concentración de N_-NO₃- y K⁺ de la savia muestra inicialmente, un efecto de 'concentración' en la planta, debido a la baja tasa de producción de asimilados durante la fase de desarrollo vegetativo-inicio de fructificación, al entrar el cultivo en la fase de fructificación-desarrollo de fruto la producción de asimilados en la planta es muy elevada y por ende la demanda de N y K, lo que puede llevar a reducir los niveles en savia tal como se ha observado en el experimento.

Figura 5. Concentración de NO₃- a) y K⁺ b) de la savia del peciolo foliar. Test de Mínima Diferencia Significativa a probabilidad del 95%.

Conductividad eléctrica de la solución del suelo

La conductividad eléctrica de la solución del suelo ha sido mayor que en la solución nutritiva sobre todo en los tratamientos orgánicos, principalmente debido a una mayor liberación de sales de los materiales orgánicos sobre todo en el tratamiento de estiércol (Figura 6). En F₁₀₀ la CE se ha mantenido muy próxima a la CE de la solución nutritiva, excepto entre los 42 y 63 ddt que alcanzó los valores más elevados del ciclo, en torno a 3,1 dS.m-1. En los tratamientos orgánicos la CE de solución de suelo se mantiene en torno a 2,0-2,2 dS·m^-1 durante la mayor parte del ciclo, excepto entre los 72 y 98 ddt en el que la CE es la más elevada y del orden de 2,8 dS·m^-1. La diferencia respecto a la CE de la solución nutritiva es de 0,5 a 1,5 dS·m^-1. No se apreciaron efectos salinos sobre el cultivo en ninguno de los tratamientos, la CE del suelo no sobrepasó la CE umbral (3,5-3,8 dS·m^-1) determinada para variedades de tomate de calibres grueso desarrolladas en condiciones de cultivo similares en el sudeste de Andalucía (Magán et al. 2008).

Figura 6. Conductividad eléctrica (CE) de la solución nutritiva (tratamiento deficiente en materia orgánica, SNF₁₀₀; tratamientos orgánicos, SN_TO) y solución del suelo (C₁, C₂, E y F₁₀₀).

Eficiencia de los tratamientos (enmienda orgánica versus fertirrigación)

La cantidad de N y K aplicada por fertirrigación ha sido en F₁₀₀, 431 kgN·m^-2 y 497 kgK·m^-2 y en los tratamientos orgánicos 145 kgN·m^-2 y 172 kgK·m^-2, lo que ha supuesto un ahorro respecto al tratamiento F₁₀₀ del 66% en N y 64% en K. Este menor consumo de fertilizantes en los tratamientos orgánicos mejora la eficiencia de uso de los nutrientes y los costes de producción.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto TRANSFORMA (PP.TRA.TRA201600.9) 'Innovación participativa para una horticultura protegida sostenible', cofinanciado al 80% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, dentro del Programa Operativo FEDER de Andalucía 2014-2020, 'Andalucía se mueve con Europa'. En el desarrollo del proyecto han colaborado las Plantas de compostaje Ecotechvaloriza (Rioja, Almería) y Ejido Medio Ambiente (El Ejido, Almería) y las empresas Rijk Zwaan Ibérica y Filosem S.L que ha suministrado las semillas de tomate, Agrobío ha realizado el control biológico y Haifa Iberia ha suministrado los fertilizantes minerales utilizados en fertirrigación.

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