Producción de composta

La composta utilizada se elaboró en la Planta de Composta del Instituto Politécnico Nacional (IPN) a partir de residuos verdes. Las materias primas utilizadas fueron: 6,000 kg de pasto, 1,133 kg de hoja, 1,866 kg de madera triturada (mulch) y 3,200 kg de composta madura (inóculo). Se colocaron dos capas intercaladas de cada material para formar la pila del material a compostear. El volumen inicial aproximado de la composta fue de 35 m3 (11 x 1.6 x 2 m). Dicha pila se volteó manualmente durante tres meses (13 volteos); posteriormente, el periodo de maduración fue de dos meses, dando un total de cinco meses. Durante el proceso se monitoreó la temperatura (T), el pH y la humedad (H).

En el Cuadro 1 se presentan los valores de los parámetros fisicoquímicos, tanto de la composta como del suelo empleado. Para determinar la calidad de la composta se compararon algunos de los valores de ésta con los indicados en bibliografía especializada y en la normatividad vigente (NADF-020-AMBT-2011 [^{Gobierno del Distrito Federal, 2012}] y NTEA-006-SMA-RS-2006 [^{Gobierno del Estado de México, 2006}]).

Características de la composta utilizada

De acuerdo con lo indicado por la NADF-020-AMBT-2011 (^{Gobierno del Distrito Federal, 2012}), la composta del IPN puede considerarse del tipo B y C para pH (8.076 ± 0.1), tipo C en cuanto al porcentaje de MO (25.117 ± 0.42) y tipo A en relación C/N (15.42 ± 0.21) y T (≤ 10 °C); mientras que para la NTEA-006-SMA-RS-2006 (^{Gobierno del Estado de México, 2006}), los valores están dentro de los límites establecidos, a excepción de la relación C/N que presenta valores elevados, dando un producto final medianamente alcalino. ^{Navarro (2002)} recomienda una relación C/N menor a 12. ^{Bernal et al., (2009)} mencionan, que al igual que el estiércol, los residuos de pasto poseen concentración alta de N, dando un relación C/N muy baja y, en algunos casos, de gran alcalinidad.

Obtención del suelo utilizado

El suelo empleado se obtuvo de las áreas verdes de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología del IPN (UPIBI-IPN), el cual está compuesto, principalmente, por suelo natural de la zona, cascajo y arena. Se eligió el suelo de este terreno por presentar condiciones similares a las de muchas áreas verdes de la CDMX. Para la preparación de los tratamientos, el suelo se acondicionó eliminando piedras y material de gran tamaño, se aireó y se expuso al sol con el fin de eliminar larvas e insectos.

Características del suelo utilizado

Con base en la NOM-021-SEMARNAT-2000 (^{Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT], 2002}), el suelo utilizado es clasificado como medianamente alcalino, no volcánico, con contenido muy bajo de MO y contenido bajo de NT, textura franco-arcillosa (predominantemente arcillosa) y densidad aparente (Da) de 1.312 ± 0.005 g·cm^-3. El % H presentado por el suelo fue de 2.51 ± 0.14, valor relacionado con su contenido bajo de MO; lo cual indica que requiere la adición de más agua para satisfacer los requerimientos de las plantas que pueda soportar.

Diseño experimental

Se emplearon seis tratamientos: tres de ellos fueron mezclas de suelo y composta en diferentes proporciones (p/p: 10, 20 y 30 %, para T1, T2 y T3, respectivamente), suelo adicionado con fertilizante químico (T4): 18-46-00 Triple, un testigo negativo con 100 % suelo (T0) y un testigo positivo con 100 % composta (T5). Las proporciones (suelo-composta) usadas son las comunes para siembra en invernadero y la dosis de fertilizantes fue la señalada en las hojas de seguridad del producto empleado. Posteriormente, en cada tratamiento se sembró maíz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.). Por cada tratamiento y especie se prepararon siete repeticiones. Las plantas se dejaron desarrollar hasta su marchitez permanente. Adicionalmente, en el mismo periodo de tiempo, se tomaron muestras de los diferentes tratamientos para su análisis.

Muestreo

La obtención de muestras de composta se llevó a cabo tomando submuestras de la pila, en puntos equidistantes, horizontal y verticalmente, cuidando que todas las alturas y profundidades tuviesen la misma distancia. Las submuestras se homogenizaron y con la técnica de cuarteo se obtuvo la muestra final (aproximadamente 1 kg). Para la toma de muestras de suelo, de las mezclas suelo-composta y suelo-fertilizante, se llevó a cabo siguiendo la técnica del cuarteo. Las muestras de las mezclas se obtuvieron antes de la siembra y después de la marchitez permanente de las plantas.

Análisis de laboratorio

Los parámetros pH, NT, MO (%), H (%) y Da (g·cm^-3) se evaluaron con el método AS-02, AS-25, AS-07, AS-05 y AS-03, respectivamente (NOM-021-SEMARNAT-2000 [^{SEMARNAT, 2002}]). La relación C/N (obtenida a partir de la relación entre el contenido de MO y de NT) se determinó con el método de ^{Jackson (1970)}, la capacidad de campo (CC, %) y le punto de marchitamiento permanente (PMP, %) con el método recomendado por ^{Rodríguez-Fuentes y Rodríguez-Absi (2002)} y la densidad de partícula (Dp, g·cm^-3) se obtuvo con el procedimiento sugerido por ^{Rodríguez-Fuentes y Rodríguez-Absi (2002)}. El espacio poroso (EP, %), que representa la porción del suelo ocupada por el aire y el agua, se determinó a partir de los datos obtenidos de la Da y Dp (Ecuación 1).

Determinación de la CRA

Las propiedades hídricas del suelo son un componente importante de sus características edafológicas. La capacidad de un suelo para suministrar agua puede medirse, visualmente, por la existencia y productividad de especies vegetales que sustenta. Teóricamente, la determinación de la CRA o agua aprovechable es la resultante de la diferencia entre CC y punto de marchitez temporal o permanente, su obtención requiere de la aplicación de modelos con bases físicas que estimen la cantidad de agua contenida en un suelo a su CC bajo condiciones naturales (^{Domingo-Santos, Fernández, Corral-Pazos, & Rapp-Arrarás, 2006}). El cálculo de la CRA en campo emplea datos de CC, PMP y Da, y considera el porcentaje de fragmentos rocosos. En este trabajo se utilizó la Ecuación 2, que representa la expresión de la National Soil Survey Handbook (NSSH) y considera el porcentaje de fragmentos rocosos (1-F) = 1 (^{United States Department of Agriculture [USDA], 2010}).

Donde la CRA se expresa en mm de agua, W_1/3 es el porcentaje en peso de agua retenida en 1/3 bares de tensión (g agua·100 g^-1 suelo < 2 mm), W¹⁵ es el porcentaje de peso de agua retenida a 15 bares de tensión (g agua·100 g^-1 suelo < 2mm), e es el espesor (cm), f es el factor de conversión fragmento de roca deriva de: volumen húmedo <2 mm de tejido (cm³) entre volumen húmedo de todo el suelo (cm³), factor que aplica a mediciones en campo, si no hubiera fragmentos gruesos: (1-f) = 1 cm.

Tratamientos suelo-composta y suelo-fertilizantes

Los análisis fisicoquímicos muestran que antes de la siembra el pH más alcalino correspondió al T4; mientras que T1, T2 y T3 no presentaron efecto con respecto al T0. Lo anterior contrasta con lo reportado por ^{Casado-Vela et al. (2006)}, quienes obtuvieron disminución del pH conforme aumentaba la dosis de composta (elaborada con lodos residuales). Por su parte, ^{Chang et al. (2007)} reportaron decremento del pH al utilizar composta en comparación con fertilizantes. ^{Olivares-Campos, Hernández-Rodríguez, Vences-Contreras, Jáquez-Balderrama, y Ojeda-Barrios (2012)} no observaron diferencias en pH por la adición de composta, lombricomposta y fertilizantes. El Cuadro 2 presenta los datos obtenidos de pH, MO, NT, C y relación C/N, así como sus respectivos errores estándar.

Por lo general, el pH en los suelos oscila entre 4.5 y 9.0. Suelos con pH > 7.5 pueden presentar problemas de disponibilidad de fósforo. Sin embargo, se maneja como límite un pH de 8.5, pues valores mayores podrían restringir algunas funciones del suelo. Se sabe que la MO puede ayudar a amortiguar cambios de pH (^{Chang et al., 2007}); lo cual pudo observarse en el T1, T2 y T3 (Cuadro 2). Los fertilizantes, principalmente nitrogenados (como los manejados en este trabajo) y amoniacales, suelen acidificar el suelo, lo que resulta benéfico en la preparación del medio para el desarrollo de las nuevas plántulas (^{Seoánez-Calvo, Bellas-Velasco, Ladreda-Sureda, & Seoánez-Oliet, 2000}), ya que a pH neutro se encuentran disponibles la mayoría de los nutrientes. Después de la siembra, la diferencia más representativa de valores de pH puede observarse en el T4 (B y C), seguido del T0 (B), los T2 y T3 se encuentran dentro del rango establecido y representan los tratamientos con la menor variación de pH (Cuadro 2).

El porcentaje de MO de la composta fue de 25.12 ± 0.42 (Cuadro 1), el cual mejoró de forma considerable el contenido de MO del suelo (T1, T2 y T3, Cuadro 2). No obstante, el incremento de este parámetro en el T1, T2 y T3 no es proporcional al porcentaje de aumento en la mezcla composta-suelo, de hecho no se observa diferencia importante entre ellos. Esto contrasta con lo reportado por ^{Olivares-Campos et al. (2012)}, quienes obtuvieron un incremento promedio importante en ensayos con composta.

Los resultados de este trabajo podrían estar relacionados con la fertilidad óptima del suelo, indicando que una proporción de 20 % (p/p suelo-composta) podría ser la más adecuada para cubrir los requerimientos; un contenido más alto de composta podría, en dado caso, saturarlo. En este caso, ^{Chang et al. (2007)} demostraron que la aplicación de composta al suelo, durante largos periodos, puede ayudar a mejorar su contenido de MO aún después de varias siembras, y que algunos de los beneficios en las cosechas pueden observarse después de la primera siembra. Estos autores concluyen que un exceso de MO puede saturar el suelo o sustrato, provocando deficiencia en su productividad. Lo anterior concuerda con lo observado en este trabajo, ya que después del marchitamiento de las plantas de maíz y frijol pudo apreciarse incremento de este parámetro en los tratamientos con composta, destacando el T2 y T3.

El contenido de NT suele ser utilizado como referencia del índice de reservas orgánicas, tanto en la estratificación de sistemas productivos como en los balances de este elemento en los suelos (NOM-021- SEMARNAT-2000 [^{SEMARNAT, 2002}]). Así, a mayor contenido de NT mayor reserva de MO; sin embargo, al igual que ocurre con otros nutrientes, un contenido alto suele provocar problemas de fertilidad. El Cuadro 2 presenta los resultados obtenidos del contenido de NT. Con respecto al T0, antes de la siembra, el T1 no presentó diferencia en el contenido de NT; a diferencia del T2 y T3 que mostraron incremento en comparación con T0, pero no entre ellos (Cuadro 2).

El incremento más importante de NT lo presentó el T4. El T2, T3 y T4 mejoraron su contenido de NT, pasando de un contenido bajo a uno alto (NOM-021- SEMARNAT-2000 [^{SEMARNAT, 2002}]). ^{Casado-Vela et al. (2006)} reportaron resultados similares, al observar incremento del NT con el aumento del contenido de composta (a partir de lodos residuales). Los tratamientos con composta no presentan valores homogéneos, como se mencionó anteriormente. Comportamiento que podría estar relacionado con la fertilidad óptima del suelo, indicando que una proporción de 20 a 30 % (p/p suelo-composta) podría ser la más adecuada para cubrir los requerimientos de las plantas, mientras que un valor más alto no presenta mejoras en el suelo.

El Cuadro 3 presenta los valores de Da, Dp, EP, H, CC y PMP. Cabe mencionar que estos parámetros no presentaron una variación importante antes y después de la siembra. ^{Rodríguez-Fuentes y Rodríguez-Absi (2002)} señalan que las propiedades físicas de los suelos son difícilmente modificables en periodos cortos. Los principales factores que afectan dichos parámetros son las enmiendas constantes de abonos, laboreo y erosión natural o inducida.

La Da y la Dp son parámetros importantes, ya que afectan la percolación, la infiltración y la aireación del suelo, y por ende el crecimiento radicular. Las diferencias de estos parámetros y del % EP fueron poco importantes antes y después de la siembra para todos los tratamientos. Al aumentar el contenido de composta, la Da y Dp descendieron, obteniendo un aumento en el % EP; siendo el T2 el que presentó el mayor incremento del % EP. ^{Casado-Vela et al. (2006)} reportaron datos diferentes al obtener incremento de la Dp y disminución de la Da al aumentar la proporción de composta. Como referencia indicaron que la adición de 2 y 4 kg·m-2 de composta no provocó cambios en dichos parámetros. Por otro lado, ^{Olivares- Campos et al. (2012)} observaron que tratamientos con diferentes proporciones de composta y fertilizantes no presentaron diferencias en los valores de Da.

Como se observó, los tratamientos con composta presentaron incremento importante en el contenido de MO y decremento de la Da con respecto al control T0 y al comparativo T4 (Cuadro 2). Dichos resultados concuerdan con lo señalado por ^{Rodríguez-Fuentes y Rodríguez-Absi (2002)} , quienes indican que la MO tiene una Da promedio de 0.3 g·cm^-3, de manera que a medida que aumenta la cantidad de MO en el suelo la Da suele disminuir. ^{Castellanos, Uvalle-Bueno, y Aguilar-Santelises (2000)}, ^{Castillo, Quarín, e Iglesias (2002)}, ^{Olivares-Campos et al. (2012)}, ^{Pérez (2004)} y ^{Porta, López-Acevedo, y Roquero (1999)} señalan que el uso de composta impacta directamente en el contenido de MO, manifestándose en una menor Da, lo que resulta en mejor fertilidad y porosidad del suelo.

Considerando la textura y el contenido de arcilla del suelo utilizado en este trabajo, puede inferirse que el suelo posee las siguientes características: capacidad de infiltración regular a deficiente, CC y PMP mediana a alta, aireación regular y % EP máximo de 45 (^{Rodríguez- Fuentes & Rodríguez-Absi, 2002}). En términos de contenido de agua aprovechable, los suelos arenosos y limosos son los mejores, debido a que los valores de PMP y CC se encuentran más distantes entre sí. Sin embargo, un contenido elevado de arena puede provocar pérdidas de agua; mientras que suelos muy arcillosos suelen saturarse ocasionando que el agua busque salida, formando grietas y compactando el suelo, evitando así que el agua llegue a las raíces de las plantas.

El suelo empleado posee contenido bajo de MO y % H bajo (humedad higroscópica, 2.51 ± 0.14). Los resultados demuestran que los tratamientos con composta presentaron aumento en el contenido de humedad, siendo el T3 el que presentó el valor mayor (Cuadro 3). Por lo general, los suelos arenosos presentan una CC de 5 a 16 %, los migajo-arcillosos de 25 a 35 % y los arcillosos de 30 a 70 %, dependiendo del contenido y tipo de arcilla. El suelo analizado presentó textura franco-arcillosa, predominantemente arcillosa con una Da de 1.312 ± 0.005 g·cm^-3 y una CC de 31.3 ± 0.13. En el Cuadro 3 se puede apreciar incremento de la CC conforme aumenta la proporción de composta.

La CC no mostró diferencias considerables entre el T1, T2 y T3. Mientras que el PMP sí presentó un incremento importante, el T3 exhibió diferencia en comparación con el T1. La CRA de un suelo varía en función del tipo de arcilla, contenido de MO y estructura (^{Rodríguez- Fuentes & Rodríguez-Absi, 2002}). Por lo general, los valores de la CRA oscilan entre 1 y 2 mm en suelos con arena muy gruesa hasta valores de entre 4 y 6.2 mm en suelos con contenido alto de arcilla. El T2 y T3 presentaron incremento de la CRA en comparación con el T0, T1 y T4; sin embargo, no se aprecia una diferencia importante entre ellos (Figura 1).

Figura 1 Valores de la capacidad de retención de agua de los tratamientos ensayados. El error contempla los valores obtenidos antes y después de la siembra.