Introducción
Los materiales orgánicos como fertilizante son usados por ser ambientalmente seguros en comparación con las formas químicas de fertilizantes (Ali et al., 2019; Espinosa-Palomeque et al., 2020). Existen múltiples abonos orgánicos de los cuales el estiércol es el más económico ya que es ampliamente usado en zonas agrícolas por su abundancia (López-Calderón et al., 2015; Andrade-Sifuentes et al., 2020). La materia orgánica que aporta el estiércol tiene un efecto significativo en las condiciones fisicoquímicas de suelo (Galantini y Rosell, 2006) incrementando la producción de cultivos por la disponibilidad de nutrimentos (Adekiya, Agbede, Aboyeji, Dunsin y Simeon, 2019). Además, existen determinadas técnicas que mejoran la calidad de su uso como fertilizante como la lumbricultura y la solarización.
La lumbricultura utiliza residuos orgánicos como materia prima, y gracias al proceso de digestión de la lombriz se incrementa la disponibilidad de MO (Zavala-Reyna, Bautista, Alvarado, Velázquez y Peña, 2017). Otro beneficio en la aplicación de vermicompost, es el incremento microbiano y el incremento de nitrógeno en el suelo (Kale, Mallesh, Kubra y Bagyara, 1992; Garbanzo-León y Vargas-Gutiérrez, 2017), mejorando de esta forma la condiciones biológicas y químicas del suelo. En cuanto a las mejoras físicas del suelo, al aplicar vermicompost permite el aprovechamiento de la humedad de suelo (Aguilar-Benítez et al., 2012), facilitando el transporte de nutrimentos solubles disponibles y aprovechables por las plantas, mejorando la producción y rendimiento (Díaz-Méndez et al., 2014; Moreno-Reséndez et al., 2015; Sánchez-Hernández et al., 2016).
La cantidad de patógenos en el estiércol fresco es un inconveniente sanitario (García-Galindo et al., 2019), por lo que se emplean técnicas de esterilización como la solarización que es económica y de un costo bajo en las regiones soleadas, ya que solo utiliza la temperatura de los meses más cálidos y un plástico anti albedo como principales componentes (Vázquez-Vázquez et al., 2010; Castellanos et al., 2017).
Una de las principales hortalizas por su interés comercial es la sandía. En 2019, China reportó una producción 60 861 241 Mg, siendo el principal productor a nivel mundial. México produjo 1 345 705 Mg de sandía, ocupando el lugar número 11 a nivel mundial (FAOSTAT, 2020), con un rendimiento medio nacional de 42.6 Mg ha-1 (SIAP, 2020), representando la Comarca Lagunera el 2.28% del valor de la producción anual nacional. Basado en lo anterior el objetivo del presente trabajo fue evaluar los efectos de diferentes niveles de estiércol bovino y vermicompost sobre las condiciones químicas del suelo y el impacto en el cultivo de sandía.
Materiales y Métodos
Sitio de estudio
El estudio se realizó durante dos años consecutivos (2013-2014), en el campo experimental de la Facultad de Agricultura y Zootecnia localizada en el municipio de Gómez Palacio (25° 78´ N, 103° 34´ E), Durango, México a una altura de 1 110 m. El sitio se caracteriza por precipitaciones medias anuales de 248.4 mm con temperaturas medias de 22.1 ºC. Los suelos típicos de la región son suelos del tipo arcillo-limoso (Reta-Sánchez, Serrato, Quiroga, Figueroa y Gaytán, 2017).
Tratamientos
Los tratamientos en estudio se diseñaron a partir de la combinación de estiércol bovino lechero solarizado (EB), y fertilización convencional con vermicompost (V). El estudio constó de 20 tratamientos (Cuadro 1), los cuales consistieron en cuatro dosis de EB (0,40, 60 y 80 Mg ha-1) y la fertilización química utilizada por los productores (120-60-00) con cuatro dosis crecientes de vermicompost (0, 3.0, 6.0 y 9.0 Mg ha-1). Debido a la naturaleza de los factores en estudio se utilizó un arreglo en franjas (Martínez-Garza, 1988) con tres repeticiones y el diseño de distribución en campo correspondió fue bloques al azar. Dando como resultado 60 unidades experimentales, las cuales consistieron en camas de siembra de cuatro m por uno m. El EB fue obtenido y solarizado durante 90 días en la FAZ para cada año de aplicación, en pilas de estiércol húmedas y selladas con cubiertas de polipropileno transparente antialbedo con 30 micras de espesor para mantener la humedad y la temperatura en el interior. El V, fue adquirido del Instituto Tecnológico de Torreón (ITT), y elaborado por el proceso de la lombriz roja californiana (Eisenia foetida) tomando como material de origen el estiércol bovino. Las características químicas de ambos abonos se muestran en el Cuadro 2. Los abonos se aplicaron al suelo un mes antes del trasplante en los niveles correspondientes. Por otro lado, la FQ se aplicó en dos partes, durante el trasplante y a los 30 días posteriores, aplicando Urea (46-0-0) y MAP (11-52-0).
Tratamientos |
Descripción |
T1 |
Testigo absoluto |
T2 |
3.0 Mg ha-1 de V† |
T3 |
6.0 Mg ha-1 de V |
T4 |
9.0 Mg ha-1 de V |
T5 |
40 Mg ha-1 EB |
T6 |
|
T7 |
|
T8 |
|
T9 |
60 Mg ha-1 EB |
T10 |
|
T11 |
|
T12 |
|
T13 |
80 Mg ha-1 EB |
T14 |
|
T15 |
|
T16 |
|
T17 |
|
T18 |
|
T19 |
|
T20 |
V = vermicompost; EB = estiércol bovino lechero; FQ = fertilizante químico.
V = vermicompost; EB = bovine milk manure; FQ = chemical fertilizer.
Abono orgánico |
||||||||||||
- - - - - - % - - - - - - |
dS m-1 |
- - - - - mg kg-1 - - - - - |
||||||||||
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
|
5.98 |
6.12 |
4.77 |
5.12 |
7.76 |
7.91 |
8.09 |
8.12 |
45.89 |
42.78 |
1.69 |
1.72 |
|
4.83 |
4.92 |
4.63 |
4.72 |
0.75 |
0.62 |
8.42 |
8.5 |
38.33 |
36.22 |
6.13 |
6.42 |
MO = materia orgánica; PSI = porcentaje de sodio intercambiable; CE = conductividad eléctrica; pH = potencial hidrógeno (reacción del suelo); P = fósforo; N = nitrógeno; EB = estiércol bovino lechero; V = vermicompost.
MO = organic matter; PSI = percentage of interchangeable sodium; CE = electrical conductivity; pH = hydrogen potential (soil reaction); P = phosphorus; N = nitrogen; EB = bovine milk manure; V = vermicompost.
Muestreo del sitio experimental
Se tomó una muestra de suelo por unidad experimental a tres profundidades considerando el área radicular de la sandía y el bulbo de humedad del sistema de riego (0 a 15, 15 a 30 y de 30 a 45 cm) antes y al finalizar cada ciclo vegetativo (2013 y 2014). Con ayuda de una barrena de caja. Se analizaron en el laboratorio de Suelos en la FAZ. Se evaluó el contenido de nitratos (NO3 -) (Robarge, Edwards y Johnson, 1983); la conductividad eléctrica (CE), la reacción del suelo (pH) 1:2 p/v; el contenido de materia orgánica (MO) por el método Walkley y Black (1934). Las características químicas iniciales de suelo para el 2013 y 2014 se presentan en el Cuadro 3.
Profundidad |
NO3- |
||||||||||
cm |
- - dS m-1 - - |
- - % - - |
- - mg kg-1 - - |
||||||||
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
2013 |
2014 |
||||
0-15 |
4.54 |
3.78 |
7.75 |
8.32 |
1.32 |
1.13 |
3.90 |
3.85 |
|||
15-30 |
3.36 |
2.98 |
7.20 |
7.65 |
1.24 |
1.10 |
3.80 |
3.23 |
|||
30-45 |
2.52 |
2.98 |
7.52 |
7.23 |
0.99 |
0.82 |
3.26 |
2.92 |
CE = conductividad eléctrica; pH = potencial hidrógeno; MO = materia orgánica; NO3 - = nitratos.
CE = electrical conductivity; pH = hydrogen potential; MO = organic matter; NO3 - = nitrates.
Manejo del cultivo
Se utilizó como material genético la variedad regional de sandía (Citrullus lanatus L.) WR 124, utilizada por su resistencia a patógenos. La semilla se sembró en almacigo, 35 días antes de la siembra en un invernadero de la FAZ, posteriormente se trasplanto cuando las plántulas tenían tres hojas verdaderas, con una densidad de plantación de 5000 plantas ha-1. Se rego con una lámina media para ambos ciclos de 39 cm, considerando una evaporación media (tanque evaporímetro tipo “A”) de 0.94 cm, a través de cintillas con goteros cada 15 cm (0.000883 L s-1 por gotero).
Variables evaluadas en planta
Las variables evaluadas en la planta al finalizar el experimento fueron rendimiento y sólidos solubles totales (°Bx) en fruto.
Se recolectaron tres frutos de la parte central de cada unidad experimental para evitar el efecto de borde.
Para el rendimiento, cada fruto se pesó mediante una báscula analógica de reloj (Basculas on line® Th20bal). Los frutos cosechados y pesados, fueron utilizados para medir los °Bx, los cuales se midieron cortando transversalmente desde el ápice a la extremidad posterior, se tomó la pulpa de la parte externa hacia dentro y se homogeneizo con un procesador (Oster® FPSTFP1355). Se midió el líquido homogeneizado con un refractómetro digital calibrado (Atago® PAL-1) para obtener los sólidos solubles totales.
Evaluación estadística
Los datos sobre las variables de respuesta para los factores en estudio, así como sus interacciones (EB - V), fueron analizados mediante un análisis de varianza utilizando el software estadístico Statistical Analysis System versión 10 (SAS, 2019). Se utilizó la prueba de Tukey (P ≤ 0.05) para comparar medias.
Resultados y Discusión
Variables de suelo
El análisis de varianza para 2013 y 2014 en todas las variables de suelo por separado para EB y V (Cuadro 4), indicó que los valores mayores se alcanzaron con 80 Mg ha-1 de EB, siendo significativos. Con V, se obtuvieron valores mayores en todas las variables de suelo el nivel de 9.0 Mg ha‑1. La CE, el contenido de MO y el contenido de NO3 ‑, muestra valores significativamente superiores en la profundidad de 0-15 cm, mientras el pH en la profundidad de 15‑30 centímetros.
Factor |
Nivel |
CE1 |
CE2 |
CE3 |
pH1 |
pH2 |
pH3 |
MO1 |
MO2 |
MO3 |
NO3-1 |
NO3-2 |
NO3-3 |
- - - - dS m-1 - - - |
- - - - - % - - - - - |
- - - - mg kg-1 - - - - |
|||||||||||
2013 |
|||||||||||||
EB |
0 |
2.96 c† |
3.68 b |
2.85 b |
7.37 b |
7.66 d |
7.69 a |
1.30 d |
1.24 dc |
1.15 b |
14.37 c |
6.23 d |
5.30 c |
40 |
3.57 b |
3.06 c |
2.48 c |
7.54 a |
7.85 ab |
7.70 a |
1.31 d |
1.21 d |
1.10 b |
9.06 e |
7.54 c |
6.32 b |
|
60 |
3.92 a |
4.05 a |
3.42 a |
7.56 a |
7.79 bc |
7.66 a |
1.82 b |
1.61 b |
1.40 a |
21.70 b |
7.93 bc |
6.74 b |
|
80 |
4.19 a |
2.86 d |
2.54 c |
7.51 a |
7.91 a |
7.63 a |
2.42 a |
1.33 c |
1.15 b |
32.23 a |
9.05 b |
6.28 b |
|
4.07 a |
3.78 b |
2.92 b |
7.31 b |
7.74 dc |
7.48 b |
1.58 c |
1.73 a |
1.33 a |
11.13 d |
13.92 a |
9.82 a |
||
V |
0 |
3.88 a |
3.60 b |
2.47 c |
7.32 c |
7.65 b |
7.24 b |
1.47 d |
1.41 bc |
1.19 bc |
13.36 d |
9.58 a |
7.01 b |
3.0 |
3.77 a |
3.67 a |
3.04 a |
7.44 b |
7.80 a |
7.79 a |
1.74 b |
1.44 ab |
1.25 ab |
15.73 c |
9.03 a |
5.90 c |
|
6.0 |
3.66 a |
3.47 c |
2.80 b |
7.58 a |
7.79 a |
7.75 a |
1.62 c |
1.35 c |
1.14 c |
17.53 b |
7.87 b |
6.69 b |
|
9.0 |
4.09 a |
2.98 d |
3.04 a |
7.49 ab |
7.85 a |
7.76 a |
1.91 a |
1.50 a |
1.31 a |
24.18 a |
9.25 a |
7.97 a |
|
2014 |
|||||||||||||
EB |
0 |
4.11 b |
4.03 b |
3.44 b |
7.86 c |
7.76 b |
7.99 a |
1.62 c |
1.63 b |
1.70 a |
2.08 c |
2.41 d |
5.13 a |
40 |
3.17 d |
3.26 c |
2.78 d |
8.11 a |
8.05 a |
8.00 a |
1.65 c |
1.74 b |
1.37 b |
5.21 b |
4.05 c |
3.15 b |
|
60 |
3.33 d |
4.12 a |
3.72 a |
7.99 b |
8.03 a |
7.96 a |
2.11 b |
1.72 b |
1.69 a |
9.31 b |
5.77 b |
2.27 c |
|
80 |
4.43 a |
3.95 b |
3.45 b |
8.05 ab |
8.13 a |
7.94 a |
2.53 a |
2.15 a |
1.60 a |
13.40 a |
4.75 bc |
2.37 c |
|
3.79 c |
3.98 b |
3.22 c |
8.08 ab |
8.00 a |
7.96 a |
1.70 c |
1.63 b |
1.29 b |
7.68 ab |
8.95 a |
5.04 a |
||
V |
0 |
3.68 b |
3.88 b |
2.77 c |
7.85 b |
7.82 b |
7.54 c |
1.51 b |
1.34 c |
1.14 b |
3.69 b |
7.80 a |
4.83 a |
3.0 |
4.16 a |
4.29 a |
3.34 b |
8.07 a |
8.05 a |
8.09 b |
2.04 a |
1.99 a |
1.64 a |
4.55 b |
5.08 b |
2.79 c |
|
6.0 |
3.97 b |
3.30 a |
3.82 a |
8.10 a |
8.00 a |
8.07 b |
2.00 a |
1.85 b |
1.61 a |
3.12 b |
3.47 c |
2.46 c |
|
9.0 |
4.32 a |
4.31 a |
3.34 b |
8.05 a |
8.07 a |
8.18 a |
2.16 a |
1.93 ab |
1.72 a |
6.67 a |
4.39 bc |
4.29 b |
|
EB×V = interacción de estiércol bovino y vermicompost; FQ = fertilizante químico; * = significativo Pr ≤ 0.05; ns = no significativo. † Medias con letras iguales dentro de cada columna y cada factor son estadísticamente iguales, según Tukey.
EB×V = interaction of bovine manure and vermicompost; FQ = chemical fertilizer; * = significant Pr ≤ 0.05; ns = not significant. † Means with equal letters within each column and each factor are statistically equal, according to Tukey.
Conductividad eléctrica (CE)
La interacción de EB y V tiene valores significativos para CE (Cuadro 4) y son más altos que los del efecto simple de EB y V para la CE (Figura 1a y b). Los valores más altos fueron de 5.19 dS m-1 en 2013 y 6.6 dS m-1 en 2014, con 80 Mg ha-1 de EB y 3.0 Mg ha-1 de V, afectando la producción de sandía, ya que se encontró que CE superiores a 5 dS m-1, genera toxicidad por acumulación de Na+ en los tejidos, reduciendo la homeostasis y afectando las zonas de crecimiento de sandía, afectando su producción hasta en un 35% (Romic et al., 2008, Júnior, Silva, Lima, Silva y Maia, 2017). Es importante señalar que la CE esta se relaciona con la cantidad de sales solubles (mayor CE mayor cantidad de sales) (Atienza-Martínez, Ábrego, Gea y Marías, 2020) y al aplicar EB y V se puede incrementar la cantidad de sales al mineralizarse la MO presente en estos (Trejo-Escareño, Salazar, López y Vázquez, 2013).
pH de suelo
Se encontraron diferencias significativas para la reacción del suelo (pH) por efecto de la interacción EB y V (Cuadro 4), con un valor más alto de 8.59 en el 2014, para 80 Mg ha-1 de EB y 6.0 Mg ha-1 de V (Figura 2b). En estos tratamientos se incrementó el pH del suelo, probablemente al enriquecimiento de cationes. Además, a la amonificación de la MO presente los abonos orgánicos favorecen la atracción de protones (H+) (Whalen, Chang y Clayton, 2002; Liu et al., 2010; Benedicto-Valdés, Montoya, Vicente, Ramírez y Escalante, 2019, González-Betancourt et al., 2020), sin embargo, no fue evaluado en este estudio. La importancia del pH se debe a que puede afectar en gran medida la actividad enzimática de los microorganismos (Miao et al., 2019), la disponibilidad de nutrimentos (Malik et al., 2018) y finalmente la capacidad productiva del suelo (Li, Cui, Chang y Zhang, 2019).
Materia orgánica (MO)
Existen diferencias para la MO en la interacción EB y V (Cuadro 4). En la comparación de medias del 2013 y 2014, se observaron valores más altos con 3.23 y con 2.73%, respectivamente, con 80 Mg ha-1 de EB y 9.0 Mg ha-1 de V, siendo estadísticamente igual a 60 Mg ha-1 de EB con 9.0 Mg ha-1 de V (Figura 3a y b). Esto concuerda a lo encontrado por Oladipupo, Alade, Adewuyi, Ajiboye y Toyin (2020), Pastor-Mogollón, Martínez y Torres (2016) y Yang et al. (2016) que reportaron incrementos de MO por la aplicación en suelo de estiércol bovino y vermicompost en estratos inferiores de 30 cm. Por otra parte, al disminuir los niveles de EB de 80 a 40 Mg ha-1, el porcentaje de MO en el suelo disminuyó.
Nitratos (NO3 -)
Los NO3 - mostraron diferencia estadística (Cuadro 4), con valores más altos en la interacción con respecto al efecto simple de EB y V (Figura 4a y b). La concentración de NO3 - en el suelo en el 2013 fue hasta 39.7 kg ha-1 con 80 Mg ha-1 de EB y 9.0 Mg ha-1 de L, siendo superior al testigo absoluto hasta por 32.1 kg ha‑1. Para el año 2014, se encontró un 41.4 kg ha-1con 80 Mg ha-1 de EB y 9.0 Mg ha-1 de V siendo estadísticamente igual para 80 Mg ha-1 de 6.0 Mg ha-1 EB. En niveles inferiores de 60 Mg ha-1 de EB y 9.0 Mg ha-1 de V, la concentración de NO3 - en el suelo desciende, esto se atribuye a la baja mineralización de la MO presente en esos tratamientos y una posible inmovilización por la microflora (Ferrera y Alarcón, 2015). Por otra parte, los abonos orgánicos incrementan los NO3 - en el suelo (Cai et al., 2020) y se pueden encontrar la mayor concentración en profundidades menores de 30 cm (Fortis-Hernández et al., 2009), por las condiciones adecuadas como la aireación y temperatura que favorecen la diversidad microbiana y la degradación enzimática que convierte una gran cantidad de N orgánico a NH4 + y NO3 - (Martín y Rivera, 2004; Wang et al., 2015; Zhou, Gu, Schlesinger y Ju, 2016).
Rendimiento
Los valores tienen diferencia estadística para solidos solubles totales y rendimiento solo en el año 2014 con la interacción de EB y V (Cuadro 5). Los tratamientos con los que se obtiene el mejor rendimiento de sandía (29.01 Mg ha-1) son los de EB y V en los niveles de 80 Mg ha-1 y 6.0 Mg ha-1, respectivamente (Figura 5a). Un mayor rendimiento del fruto de sandía, probablemente es una respuesta a la mayor concentración de NO3 - presentes en la interacción con 80 Mg ha-1 de EB y 6.0 Mg ha-1 de V. Como mencionan Preciado-Rangel et al. (2002), el desarrollo vegetativo se favorece con la mayor disponibilidad de NO3 -. Rendimientos similares fueron reportados por Pérez-González, Sánchez, Mendoza, Inzunza y Cueto (2003) así como por Espinoza-Arellano, Orona, Narro y León (2006) en un sistema convencional de producción aplicando fertilización química.
Factor de variación |
GL |
Rendimiento 2013 |
Rendimiento 2014 |
°Brix 2013 |
°Brix 2014 |
Repetición |
2 |
2.15 |
0.04 |
0.06 |
0.35 |
EB |
4 |
59.66 |
39.53 |
0.95 |
4.87 |
V |
3 |
256.58 |
117.53 |
0.52 |
2.25 |
12 |
20.41 |
84.79** |
2.89 |
3.13** |
|
Error |
24 |
1.03 |
0.11 |
0.9 |
1.01 |
Coeficiente de variación |
4.53 |
1.57 |
14.46 |
16.41 |
EB × V= interacción de estiércol bovino y vermicompost; ** = Altamente significativo de acuerdo a Tukey (Pr ≤ 0.01).
EB × V = interaction of bovine manure and vermicompost; ** Highly significant according to Tukey (Pr ≤ 0.01).
Por otro lado, el rendimiento es inferior en un 66.1% en los niveles de 80 Mg ha-1 de EB y 3.0 Mg ha-1 de V, en esta interacción los valores son superiores a 6.0 dS m-1 para CE y como se discutió anteriormente, el rendimiento puede disminuir por toxicidad con Na+.
Solidos solubles totales (°Bx)
El valor más alto de 8.40 °Bx corresponde al nivel de 60 Mg ha-1 de EB y 9.0 Mg ha-1 de V (Figura 5b). Mainga, Saha y Mwololo (2018) también se encontraron diferencias significativas con el uso de estiércol, señalan que al incrementar los niveles de estiércol se incrementan los sólidos solubles totales del fruto de sandía.
El contenidode °Bx en los tratamientos de este experimento fueron inferiores a los encontrados por Suárez-Hernández, Grimaldo, García, González y Huitrón (2017) y por Orrala-Borbor, Herrera y Balmaseda (2019), los cuales reportan valores superiores a 10 °C Bx en sistemas de producción convencional, pero siendo suficiente para que tenga una aceptación en los estándares de mercado (Cenobio-Pedro, Inzunza, Mendoza, Sánchez y Román, 2006).
Conclusiones
Las características de suelo mostraron diferencias con la aplicación de estiércol bovino (EB) y vermicompost (V) después de dos ciclos continuos de aplicación para el cultivo de sandía.
La interacción de EB (80 Mg ha-1) y V (9.0 Mg ha‑1), fue superior a la fertilización química en 1.43% de materia orgánica (MO) y en 30.3 mg kg-1 los NO3 -, en la profundidad de 0-15 centímetros.
Por otro lado, el pH de suelo se incrementó conforme los niveles de EB y V, hasta en un 8.53 para los niveles 80 Mg ha-1 y 6.0 Mg ha-1 respectivamente, a una profundidad de 0-30 cm, siendo superior al químico y testigo.
En el 2014, se obtuvo el mayor rendimiento (29.2 Mg ha-1) concluyendo que la fertilización química (FQ) fue superada por la interacción de EB (80 Mg ha‑1) y de V (6.0 Mg ha-1). En cuanto a los sólidos solubles totales mostraron diferencia estadística hasta el segundo ciclo de aplicación con 8.4 °Brix en la interacción de EB (60 Mg ha-1) y V (9.0 Mg ha-1).