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Introducción
La elaboración y aplicación de fertilizantes fermentados, se ha intensificado como una práctica agroecológica. Contribuyendo a una transición hacia una agricultura sustentable en la que estas prácticas se realizan en territorios cada vez más grandes, es decir una transición agroecológica (Mier y Terán Giménez-Cacho et al., 2018). Lo anterior se refleja en programas gubernamentales en México como “Sembrando vida” (Gobierno de México, 2019) y “Producción para el Bienestar” (Cortez-Bacilio, 2021), los cuales promueven la elaboración de bioinsumos con los beneficiarios.
El proceso de elaboración de fertilizantes líquidos a través de digestión anaeróbica a pequeña escala es un sistema eficaz de gestión de residuos orgánicos que proporciona energía (biogás/gas metano) para las comunidades rurales (Baryga, Połeć y Klasa, 2021; Miller, Herman, Philipinanto, y Davis, 2021). Además del biogás, el subproducto de la fermentación del metano es el digestato, conocido también como fertilizante fermentado, biofermentos o bioles; que, si se aplican al suelo, pueden ser una valiosa fuente de nutrientes para las plantas y gradualmente aumentar el nivel de secuestro de carbono en el suelo y apoyar la gestión eficaz de la fertilidad (Niemiec, Sikora, Szeląg-Sikora, Gródek-Szostak y Komorowska, 2022). De forma que, constituyen una alternativa adecuada a la fertilización mineral ya que promueven significativamente la producción de biomasa (Urra, Alkorta, Mijangos y Garbisu, 2020a). Los fertilizantes fermentados mejoran el intercambio de cationes en el suelo (Cano-Hernández et al., 2016) y los valores del pH (Sunaryo, Purnomo, Darini y Cahyani, 2018); lo que aumenta la disponibilidad de nutrientes. Estos beneficios dependen de la dosis y el tipo de suelo (Urra et al., 2020b). Los fertilizantes fermentados contienen materia orgánica, N (nitrógeno), NH4 +(amonio), NO3 -(nitratos), P (fósforo), K (potasio), Ca (calcio), Mg (magnesio), Fe (fierro), Cu (cobre), Zn (zinc), Mn (manganeso) y B (boro), que al ser aplicados a las plantas incrementan la altura, diámetro del tallo y número de hojas (Hernández-Chontal et al., 2019; Linares-Gabriel, López, Hernández, Velasco y López, 2018; Linares-Gabriel, López, Tinoco, Velasco y López, 2017).
Los fertilizantes fermentados mejoran el rendimiento de los cultivos, debido al concentración de nutrientes disponibles para las plantas (Tampio, Marttinen y Rintala, 2016); asimismo, se encuentran libres de sustancias fitotóxicas que causan problemas para la germinación de las semillas (Phibunwatthanawong y Riddech, 2019). Si bien, el estiércol es la principal fuente para elaborarlos, en la actualidad se realizan con insumos vegetales, lo que genera que su formulación varíe en función de los insumos disponibles (Ebel y Kissmann, 2019; Traub, Welsh, Rogers y Grimberg, 2021). Es por ello que su elaboración debe considerar materiales más baratos y fáciles de encontrar por los agricultores, aprovechando los insumos locales disponibles (Sunaryo et al., 2018). Con base en lo anterior, el objetivo del trabajo fue comparar la concentración nutrimental de dos formulaciones de fertilizantes fermentados elaborados con insumos locales.
Materiales y Métodos
Sitio de estudio
El trabajo se realizó de octubre a diciembre de 2021 en una granja ubicada en la localidad de Ticuatipan, municipio de Xico, del estado de Veracruz, México. El sitio se ubica en las coordenadas 19° 43” N y 97° 05” O y altitud de 1680 m. En la zona predomina un clima semicálido húmedo con lluvias todo el año y rangos de temperatura de 4 °C - 22 °C y precipitaciones de 1100 mm - 2100 milímetros.
Acondicionamiento y diseño del biodigestor
Se acondicionaron seis biodigestores tipo Batch los cuales se diseñaron de manera artesanal y de bajo costo. Se utilizaron baldes con tapa, con una capacidad de 19 L cada uno. Para acondicionar la salida de gas se conectó una manguera a las tapas de los baldes, misma que se condujo hacia una botella de PET de 0.6 L, llenada hasta la mitad con agua. Esto sirvió como válvula de escape en la que el gas se liberó de forma segura cuando hubo alta presión dentro del digestor. Una vez realizado lo anterior, y al comienzo del proceso de digestión, se sellaron con cinta aislante los ensambles de las tapas con el balde para evitar fugas y de esta forma se cumplió con el proceso anaeróbico. De igual forma, se vigiló la válvula de escape, cuidando siempre de contener agua. Esto se realizó de acuerdo con lo sugerido por Hernández-Chontal et al. (2019) (Figura 1).
Figura 1: Diseño de los biodigestores utilizados. Fuente: Hernández-Chontal et al. (2019).
Formulaciones y proceso de digestión
Para realizar la fermentación anaeróbica en los biodigestores tipo Batch, se colectó estiércol ovino de la granja y pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum) el cual se trituró. Posteriormente, se realizaron las formulaciones de acuerdo con el volumen del biodigestor. Biol 1: 20% pasto kikuyo, 30% estiércol ovino y 50% agua; Biol 2: 50% estiércol ovino y 50% agua. Una vez que se incorporaron y mezclaron los materiales en los biodigestores, se sellaron y colocaron bajo techo durante un periodo de 100 días. El periodo se definió de acuerdo con las características climáticas de la zona en el periodo de estudio, las cuales son bajas. Se sugiere que a temperaturas < 20 °C, es necesario un mayor tiempo de fermentación para que se logre la degradación (Quipuzco-Ushñahua, Baldeón y Tang, 2011). Cada semana durante el tiempo que duró el proceso, se agitó la mezcla para lograr una descomposición uniforme de todos los materiales. Al final del periodo, se obtuvo el efluente y se realizó la filtración del biol (fertilizante fermentado) mediante la separación de fases sólidas y líquidas, con una malla milimétrica plástica. Se tomó una muestra de 500 mL de acuerdo con el tratamiento y repetición para su posterior análisis en laboratorio.
Tratamientos, diseño experimental y variables evaluadas
El diseño experimental fue completamente al azar, con dos tratamientos y tres repeticiones. Los tratamientos fueron: T1: Biol 1 y T2: Biol 2. Se realizaron determinaciones de macro y nutrimentos de acuerdo con los siguientes métodos: nitrógeno-N, Kjeldahl; materia orgánica-MO, Walkely & Black; potasio-K, fierro-Fe, cobre-Cu, zinc-Zn y manganeso-Mn, con cuantificación por espectroscopia de emisión óptica con plasma y fósforo-P (Olsen) cuantificación por UV-Vis. Para el análisis de varianza se utilizó un diseño completamente al azar y se realizó la prueba de medias con Tukey (P ≤ 0.05) utilizado el paquete estadístico Statistical Analysis System (SAS Institute, 2014).
Resultados y Discusión
El análisis de varianza mostró diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre los tratamientos, para las variables MO, N y Fe. El resto de las variables no presentaron diferencias estadísticas. Con base a la prueba de medias con Tukey (P ≤ 0.05) el mejor tratamiento fue la formulación de biol 1 respecto con las variables; MO, N y Fe. Para el resto de las variables fueron iguales en ambas formulaciones de los bioles (Cuadro 1).
Table 1: Organic matter and nutrient content of the two formulations of biol.
| Tratamiento | MO | N | P | K | Cu | Fe | Mn | Zn |
| - - - - % - - - - | - - - - - - - - - - - - - - mg L-1 - - - - - - - - - - - - - - | |||||||
| Biol 1 | *†33.7 3a | 0.51 a | 323.3 a | 7574.3 a | 0.63 a | 9.33 a | 5.0 a | 1.33 a |
| Biol 2 | 27.33 b | 0.27 b | 332.0 a | 5885.0 a | 0.52 a | 4.66 b | 3.0 a | 1.00 a |
| MSD | 0.49 | 0.20 | 1.65 | 24.45 | 0.09 | 0.57 | 1.12 | 0.59 |
| CV | 2.55 | 9.27 | 2.60 | 8.51 | 3.42 | 6.34 | 16.22 | 15.81 |
MO= materia orgánica, N= nitrógeno, P= fósforo, K= potasio, Cu= Cobre, Fe= hierro, Mn= manganeso y Zn= zinc. *Medias originales; datos transformados con √X. †Medias con la misma letra dentro de cada columna no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05). DMS= Diferencia mínima significativa. CV= Coeficiente de variación.
OM= organic matter, N= nitrogen, P= phosphorus, K= potassium, Cu= copper, Fe= iron, Mn= manganese and Zn= zinc. * Original means; data transformed with √X. †Means with the same letter within each column do not differ statistically (Tukey, P ≤ 0.05). MSD= Minimum Significant Difference. CV= Coefficient of Variation.
Estos resultados muestran que las características de estas formulaciones varían debido a los insumos utilizados, lo cual se ha documentado por diversos autores (Hernández-Chontal et al., 2019; Prasedya et al., 2022; Urra et al., 2020a). Estos autores indican que utilizar un mayor número de insumos no asegura una mayor concentración de nutrimentos en el biol. Al respecto, Jung y Choi (2020) elaboraron diferentes bioles: Biol 1 (16.5% de harina de huesos, 16.5% de residuos de pescado, 0.7% de microorganismos eficaces, 0.2% de melaza y 66.1% de agua con un periodo de fermentación de tres meses). Biol 2 (2.0% de extracto de pescado, 2.0% de melaza, 2.0% de ácido fosfórico activo y 94% de agua, con un periodo de fermentación de seis meses), Biol 3 (32.7% de aceite de sésamo, 0.7% de sal marina, 1.3% de humus y 65.3% de agua, durante tres meses y biol 4 (40.3% de estrella de mar, 10.1% de algas, 3.4% de melaza, 0.2% de microrganismos eficientes, 0.8% de humus y 45.2% de agua, con un periodo de fermentación de tres años. Las concentraciones de nutrimentos que obtuvieron esos autores fueron bajos en mg L-1: Mn, 10-14.2; Zn, 0.01-0.04; Cu, 0.01-0.07; y B, 0-0.023. Estos resultados son inferiores a los reportados en el presente estudio en Cu y Zn.
Por su parte, Pereira, de Assis, Lana, Silva y Pereira (2019) consideraron la elaboración de biol con estiércol bovino y obtuvo los siguientes resultados: pH 7.4, MO 32.4%, N total 732 mg L-1, P 630 mg L-1, K 362 mg L-1, calcio 230 mg L-1, Mg 103 mg L-1, Mn 5.4 mg L-1, Cu 5.2 mg L-1, Fe 12.4 mg L-1, B 1.24 mg L-1 y Na mg L-1. Estos valores también son inferiores a los que se reportan en este trabajo, en los elementos especificados. En este sentido, es importante identificar que insumos tienen potencial para incrementar la concentración de los bioles. En el presente estudio además del estiércol ovino se utilizó el pasto kikuyo. Ndubuaku, Imegwu y Ndubuaku (2013) reportaron que utilizar Panicum máximum en la elaboración de biol incrementó la concentración de N, debido al contenido de proteína (Correa, Pabón y Carulla, 2008; Soto, Valencia, Galvis y Correa, 2005). Se deduce que el pasto kikuyo influyó en el incremento de la concentración de Nitrógeno en el biol 1 en comparación con el biol 2 (Cuadro 1).
En otro estudio con insumos locales, Zulkarnaini y Syafrizal (2019) consideraron el uso de estiércol y flor de Tithonia sp. y reportaron incrementos en la concentración de N, P y K en el biol, lo que coincide con la tendencia del presente estudio que al suplementar con un insumo vegetal se incrementó la concentración de algunos nutrientes en el fertilizante fermentado.
Finalmente, es importante mencionar que debe asegurarse que el proceso de fermentación de los bioles se realice de forma eficiente (Miller et al., 2021), y que es necesario realizar estudios del efecto de los bioles evaluados en el presente estudio en el crecimiento de cultivos agrícolas.
Conclusiones
La adición de pasto Kikuyo a la mezcla de biol genera un aumento en la materia orgánica, N y Fe, en comparación con la mezcla de agua más estiércol. El uso de pasto y estiércol de ovino como insumos locales puede ser una alternativa para la producción de bioles.
Contribución de los Autores
Investigación, metodología, visualización: B.F.R.E. Conceptualización, análisis formal, visualización, escritura-borrador original y redacción, revisión y edición: M.A.H.C. Conceptualización, visualización, escritura-borrador original y redacción, revisión y edición: N.R.O. Conceptualización, análisis formal, escritura-borrador original y redacción, revisión y edición: A.L.G.
