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INTRODUCCIÓN
El vermicompostaje es un método que se usa para el manejo de residuos orgánicos, con la ayuda de lombrices de tierra y microorganismos (Bhat et al. 2015). Las lombrices rompen y digieren los desechos orgánicos y los transforman en vermicompostas (Atiyeh et al. 2002). Las excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas convierten a las vermicompostas en excelentes fertilizantes orgánicos que se usan como sustratos para las plantas (McGinnis et al. 2009); las propiedades de las vermicompostas dependen de los residuos utilizados (Atiyeh et al. 2002). Al respecto Moreno-Reséndez et al. (2005), Rodríguez et al. (2007) y (2008) reportan que las vermicompostas tienen una gran variedad en la composición y calidad de las sustancias húmicas que contienen.
La estabilidad de las vermicompostas se relaciona con la madurez del abono (Bazrafshan et al. 2016). Por ejemplo, vermicompostas inmaduras inhiben el crecimiento de las plantas, debido a que producen sustancias fitotóxicas que causan deficiencias de nitrógeno, lo que ocasiona competencia en las raíces y los microorganismos edáficos por compuestos nitrogenados (Majlessi et al. 2012). Por lo que vermicompostas maduras mejoran las propiedades físicas, químicas, biológicas y la estructura del suelo, lo que incrementa el rendimiento de los cultivos, y aumenta la disponibilidad de nutrientes, la población microbiana y los metabolitos (Atiyeh et al. 2002). Con respecto a la aplicación de vermicompostas en el cultivo de chile, Nieto-Garibay et al. (2002) encontraron que la mejor dosis de vermicomposta en campo fue de 25 t ha-1; mientras que Barreto et al. (2008) reportan que aplicar vermicomposta a razón de 100 g por kg de suelo, mejora el pH y la materia orgánica del suelo, lo que impacta en mayor rendimiento y altura de planta. En tanto que Tamayo et al. (2014) y Ruíz-Bello et al. (2016) obtuvieron mejoras en el suelo e incrementos en los rendimientos al aplicar vermicompostas en plántulas y campo. Por lo anterior el objetivo del presente estudio fue evaluar la productividad de la lombriz Eisenia andrei en diferentes sustratos, y el efecto en la germinación y crecimiento de Capsicum chínense Jacquin.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El experimento se realizó en el campo experimental de El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR) Unidad Villahermosa, ubicado en la Ranchería Guineo Segunda Sección del municipio de Centro, Tabasco. Se localiza entre los 17° 54' LN y 93° 02' LO, a una altitud de 12 msnm; la temperatura promedio anual es de 27.2 oC, humedad relativa del 84% y precipitación de 1 749.7 mm al año.
Materiales utilizados
El experimento se realizó de marzo a diciembre de 2016. Se evaluó la producción de vermicompostas con estiércol de ovino (EO), residuos vegetales (RV), bocashí (B), hojas y tallos de G. sepium (G), cascarilla de cacao (CC) y sus combinaciones, bajo diseño experimental de bloques completos al azar con cuatro repeticiones (Tabla 1). El EO provino del Centro de Capacitación y Reproducción de Especies Menores (CECAREM) del municipio de Centro, Tabasco. La hojarasca fresca y seca se recolectó en el campo experimental, mientras que la G. sepium (G) y la cascarilla de cacao (CC) se colectaron en plantaciones cercanas a la Unidad Villahermosa de ECOSUR.
Elaboración del bocashí
Para elaborar el bocashi se colocaron en capas el suelo, estiércol, cenizas, cal industrial, melaza, aserrín, levadura, carbón y agua. Posteriormente se mezclaron, humedecieron y se cubrieron con polietileno. La fermentación se realizó por dos semanas, en la primera semana se mezcló dos veces al día, y en la segunda se realizó la mezcla cada dos días (Ramos y Terry 2014).
Precomposteo de sustratos orgánicos
El precomposteo se realizó por ocho semanas, para lo cual se picó, mezcló, humedeció a capacidad de campo, tapó y mantuvo la humedad al 70% de los diferentes sustratos orgánicos, hasta que la mezcla llegó a temperatura ambiente. Para la transformación de los materiales orgánicos precomposteados en vermicompostas se utilizó la lombriz Eisenia andrei (Bouché 1972), obtenida de la Unidad experimental de Lombricultura de ECOSUR. Se introdujeron 50 lombrices con longitud promedio de 3.0 cm y peso de 0.12 g en macetas de plástico, a las que se agregaron 2.8 kg del sustrato precomposteado de los diferentes tratamientos. Para mantener la humedad al 70% se realizaron riegos continuos de acuerdo con Batham et al. (2014). Las macetas se tuvieron bajo malla sombra al 50% de luminosidad por cuatro semanas, para luego recolectar, contar y medir las lombrices, para evaluar el porcentaje de mortalidad, biomasa, longitud promedio de las lombrices adultas y juveniles, y contabilizar el número de cocones. Para realizar la medición y conteo de las lombrices, se tomaron 500 g de las vermicompostas, para luego secar a temperatura ambiente y realizar los análisis químicos.
Análisis químico
Los análisis químicos del suelo y las vermicompostas se realizaron en el laboratorio de Biogeoquímica de ECOSUR. El pH se determinó por el método AS-02 en un extracto vermicomposta-suelo, en relación 1:5; el nitrógeno total por el método AS-25; mientras que la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y los cationes intercambiables (Ca+2 y K+) se determinó con el método AS-12 (SEMARNAT 2000). El contenido de fósforo total se determinó con el método colorimétrico de azul de molibdeno. Los ácidos húmicos por extracción alcalina con pirofosfato de sodio. La materia orgánica (MO) y el carbono orgánico total (COT) se determinaron por el método de calcinación (Nelson y Sommers 1996). La relación C/N se calculó con los valores iniciales del carbono de la materia orgánica y el nitrógeno total.
Bioensayo
Para determinar la calidad de las vermicompostas se realizó un experimento de germinación de semillas de chile habanero (Capsicum chínense Jacquin) variedad Mayapán. Las vermicompostas se mezclaron con suelo en proporción (1:1). El suelo (Tabla 2) utilizado fue un Fluvisol eútrico (Palma-López et al. 2007), que se colectó en ECOSUR. Las mezclas de los sustratos se colocaron en bandejas de germinación con 80 cavidades, para luego sembrar una semilla por cavidad. Para evaluar la germinación de las semillas se utilizó un diseño de bloques completos al azar con tres repeticiones por tratamiento. Las charolas se regaron todos los días para asegurar que la humedad no fuera un factor limitante. Las variables evaluadas fueron la germinación de las semillas a los 21. Para evaluar la nutrición de las plantas a los 60 d después de la siembra se determinó la biomasa fresca por gravimetría, se contabilizó el número de hojas, midió la altura de planta, la longitud de raíz y el área foliar. También se seleccionaron de forma aleatoria 10 plantas por repeticiones, para realizar los análisis de N, P y K; el contenido de N se determinó con el método Semimicro Kjeldahl, mientras que el contenido total de P y K se determinó por colorimetría y espectrofotometría de llama (SEMARNAT 2000).
Análisis estadístico
Los datos se analizaron con el Paquete Estadístico R Studio Versión 0.98.1103. Los análisis de crecimiento de las lombrices, características químicas de las vermicompostas y las variables de crecimiento de las plantas se realizaron mediante un análisis de varianza (ANOVA). Para determinar diferencias entre medias se realizó la comparación de medias de Tukey (p ≤ 0.05).
RESULTADOS
Caracterización de la lombriz Eisenia andrei en los diferentes sustratos orgánicos
La sobrevivencia de las lombrices en los diferentes sustratos precomposteados se evaluó a las 24 h después de la inoculación, debido a que es el tiempo para que se estabilice el sistema (Tabla 3). El mayor porcentaje de mortalidad de lombrices se observó en los tratamientos con 50% EO+50% G con el 27% de lombrices muertas, el tratamiento 50% RV + 50% G con el 20.5% y el tratamiento 100% EO con 8%. No se encontraron lombrices muertas en los tratamientos 100% CC, 50% CC + 25% G + 25% B y 50% CC + 25%G + 25% RV. Después de los 60 d de vermicomposteo, se observaron incrementos poblacionales en todos los tratamientos, con excepción del tratamiento con 50% EO + 50% G, donde no se encontraron lombrices juveniles. La máxima población se observó en el tratamiento con 100% B con 389 lombrices. Para la producción de cocones se encontraron diferencias significativas (p ≤ 0.05) entre los tratamientos, la mayor producción se encontró en 100% RV con 422 cocones, y la mínima producción en el tratamiento 100% EO con 16. No se contabilizaron cocones en el tratamiento con 50% EO + 50% G, en tanto que las mayores cantidades de lombrices juveniles se tuvieron en el tratamiento con 100% B con 342, mientras que el menor número de lombrices juveniles se tuvo en los tratamientos 100% EO, y 50% EO + 50% G. Se encontraron diferencias significativas (p ≤ 0.05) en la biomasa de lombrices adultas en los tratamientos, presentando la mayor biomasa el tratamiento con 50% EO + 50% G con 0.43 g. Para la longitud de las lombrices se encontraron diferencias significativas (p ≤ 0.05) entre tratamientos, observándose que las mayores longitudes de lombrices estuvieron en los tratamientos 50% EO + 50% G con 5.7 cm, y 100% EO con 5.1 cm, mientras que las menores longitudes se tuvieron en los tratamientos con CC (Tabla 3).
Caracterización de las vermicompostas
En la Tabla 4 se observan las características químicas de las diferentes vermicompostas. Se tuvieron diferencias significativas (p ≤ 0.05) en el pH, con valores entre 7.9 y 8.1 en los tratamientos con 50% RV + 50% G, 100% CC, 50% CC + 25% G + 25% B, y 50% CC + 25% G + 25% RV, valores aceptables para sustratos orgánicos. Para el contenido de MO (72 a 82%), C (42 a 47%) y N (1.4 a 1.6%) se tuvieron los mayores valores en los tratamientos con residuos vegetales y cascarilla de cacao, y cuando se combinaron con G. sepium (RV, RV+G, CC y CC+G).
Tabla 4 Caracterización química de las vermicompostas.
Medias con letras diferentes difieren significativamente entre si según test de Tukey (p ≤ 0.05), AH: ácidos húmicos y CAH: carbono de ácidos húmicos.
La cascarilla de cacao disminuyó los contenidos de carbono en los ácidos húmicos (4.3 a 5.3%), lo que influyó de forma positiva en la relación C/N (24 a 38%) (Tabla 4). La mayoría de los tratamientos tuvieron una relación C/N entre 20 y 30, lo que significa una lenta tasa de mineralización, por lo que no existieron pérdidas significativas de carbono durante el proceso de vermicomposteo. La mayor capacidad de intercambio catiónico a los 60 d de vermicompostaje se encontró en los sustratos, CC y CC+G y los menores en B y B+G+RV. Para el contenido de potasio los mayores valores lo tuvieron los tratamientos con cascarilla de cacao con valores entre 61.4 y 86.3 cmol kg-1, en tanto que los menores valores lo tuvieron los tratamientos con residuos vegetales. Para el contenido de calcio el mayor valor lo tuvo el tratamiento CC+G+EO con 33.7 cmol kg-1 y los menores valores los tratamientos CC (13.7 cmol Kg-1), CC+G+B (13.7 cmol kg Kg-1) y CC+G (16.8 cmol Kg-1). Los mayores contenidos de fósforo se encontraron en los tratamientos con EO y EO+G (1.4 y 1.3%), y los menores los tratamientos con CC.
Bioensayo vegetal
La germinación de semillas de Capsicum chínense se presenta en la Tabla 5. A los 21 d, se tuvo el mayor porcentaje de germinación en los tratamientos B + Suelo (41%), RV + Suelo (38%) y el testigo (33%). Las plántulas del tratamiento testigo tuvieron bajo crecimiento, lo que confirma que este sustrato no suministró los nutrientes necesario para el desarrollo de las plántulas. En los tratamientos EO y EO+G se tuvieron bajos porcentajes de germinación y desarrollo de las plántulas de chile, lo que se puede deber a la baja degradación del estiércol ovino y la G. sepium, pero también se tuvo en este tratamiento altos contenidos de N, lo que pudo influir en la germinación, crecimiento y desarrollo de las plántulas de chile.
Altura de planta, área foliar y número de hojas
La combinación de vermicomposta y suelo (1:1) incrementó de forma significativa (p ≤ 0.05) la altura y el área foliar de las plántulas de chile habanero al compararse con el testigo. La mayor altura y área foliar se encontró en los tratamientos con B + Suelo (8.4 cm) y CC + G + EO + Suelo (3.0 cm2), respectivamente. Se detectaron diferencias significativas (p ≤ 0.05) para la longitud de raíz, observándose la mayor longitud en B + Suelo (8.8 cm), CC + G + EO + Suelo (7.9 cm) y CC + G + Suelo (6.3 cm), mientras que los menores valores se tuvieron en el testigo (4.7 cm), RV + suelo y CC + G + B + Suelo (5.0 cm). Los tratamientos que tuvieron el mayor número de hojas fueron CC + G + EO (8.7), B + G + RV + Suelo (8.3) y la mayor biomasa la tuvo el tratamiento CC+G+EO+Suelo (0.5 g).
En la Tabla 5 se muestra el contenido de N, P y K foliar, presentando el mayor contenido de N el tratamiento B + G + RV + suelo (3.9%), seguido por B + suelo (3.4%), mientras que el menor contenido de N lo tuvo el testigo (2.4%). El mayor contenido de P y K lo tuvieron los tratamientos CC + G + RV + suelo (0.3%) y CC + G + suelo (0.74%) y CC + G + EO + suelo (0.72%).
DISCUSIÓN
Desarrollo de la lombriz
La sobrevivencia de las lombrices en los sustratos es un buen indicador de la calidad y estabilidad. Al respecto Evans y Percy (2014) señalan que los residuos orgánicos pueden contener agentes tóxicos cuando no se alcanza la estabilidad después del pre-composteo, lo que podría explicar la elevada tasa de mortalidad en el tratamiento EO + G. Al respecto Mupondi et al. (2011) indican que los tiempos de pre-composteo para la asimilación del sustrato por la lombriz dependen del origen de los materiales, pero Ndegwa y Thompson (2001) indican que con 30 días es suficiente para estabilizar la materia orgánica. La nula mortalidad en los tratamientos CC, CC + G + B y CC + G + RV se puede explicar por sus altos porcentajes de materia orgánica, lo que indica una alta disponibilidad de alimento y buena relación C/N para el crecimiento de la lombriz (López-Méndez et al. 2013). Las diferencias en la producción de cocones se relacionan con el tipo de alimento, lo que influye en el desarrollo y la reproducción de la lombriz (Manivannan et al. 2009). En el tratamiento EO + G no se produjeron cocones, posiblemente se deba a que las lombrices utilizaron la energía del alimento para la producción de biomasa, y no para la formación de cocones como lo indican Garg et al. (2005). Además, el exceso de carga proteica en la mezcla EO + G, puede causar cambios en el comportamiento de la lombriz.
El mayor número de lombrices juveniles se tuvo en los tratamientos 100% B y 100% RV, los cuales tuvieron altas relaciones C/N, lo que coincide con Aira et al. (2006). El tratamiento 50% EO + 50% G tuvo la mayor biomasa promedio de lombriz (0.43 g), lo que indica una buena asimilación del sustrato, al respecto Senarathne y Llangamudali (2015) encontraron que los mayores pesos de lombrices se tuvieron cuando se alimentaron con mezclas de estiércol de ovino y G. sepium. Sobre lo mismo Garg et al. (2005) reportan que el incremento de la biomasa de la lombriz depende de la calidad del sustrato y de la competencia por el alimento. Las menores longitudes y biomasas de lombrices del tratamiento con cascarilla de cacao pueden deberse a las altas relaciones C/N (24 a 38), que indican una lenta asimilación y degradación de la materia orgánica.
Características químicas de las vermicompostas
Los contenidos de N total de las vermicompostas dependen del nitrógeno inicial de los sustratos, del grado de descomposición de la materia orgánica (Garg et al. 2006) y de la mineralización (Abu et al. 2014). El pH alcalino de las vermicompostas puede atribuirse a la descomposición inicial de la materia orgánica, la formación de iones amonio, y a la generación de compuestos orgánicos de reacción alcalina (Shrimal y Khwairakpam 2010). La diferencia en los porcentajes de carbono puede estar relacionado con el origen del sustrato y sus combinaciones. Los mayores valores de C de la cascarilla de cacao y sus combinaciones, coinciden con los valores reportados por Sánchez et al. (2007). Mientras que los bajos valores de C en el bocashí pueden deberse a los contenidos de azucares y levaduras que aceleran la proliferación de microorganismos e insectos que degradan la materia orgánica durante la fermentación (Boechat et al. 2013).
La relación C/N refleja el grado de mineralización y estabilización de la materia orgánica durante el proceso de vermicomposteo (Suthar 2009). Los tratamientos con cascarilla de cacao tuvieron relaciones C/N entre 24 y 38, valores que en general son altos y se consideran adecuados para el desarrollo de microorganismos (Morales-Munguía et al., 2009). Al respecto Sánchez et al. (2007) indican que la relación C/N es el factor más importante para la actividad biológica que ocurre durante la degradación de la materia orgánica, debido a que los microorganismos requieren carbono y nitrógeno como fuente de energía para crecer y multiplicarse. Las relaciones C/N de los diferentes tratamientos indican la continua mineralización de los sustratos durante el proceso de vermicompostaje. En todos los sustratos la relación C/N varió entre 23 y 38, lo que indica aumentos en el contenido de nitrógeno. Al respecto, Yadav y Garg (2009) indica que una disminución en esta relación implica un aumento en el grado de humificación de la materia orgánica. Los contenidos de fósforo pueden explicarse por la composición del sustrato original, los lentos incrementos de fósforo observados reflejan una la lenta mineralización y movilización.
Los mayores valores de CIC se tuvieron en los tratamientos con CC, CC + G y CC + G + EO, aportando cationes que aumentan los contenidos de la fracción coloidal de los sustratos orgánicos (Trinidad-Santos 1987). En los tratamientos 100% CC, 50% CC + 50% G, y 50% CC + 25% G + 25% EO se encontraron altos valores de materia orgánica, lo que incrementó la CIC, que es un excelente indicador para estimar el estado físico-químico de los sustratos orgánicos. Con respecto a los contenidos de K se obtuvo un comportamiento semejante a la CIC, los diferentes valores pueden atribuirse al tipo de material utilizado, las combinaciones y la asimilación de este nutriente por parte de las lombrices durante el vermicompostaje. Debido a que las glándulas calcíferas en la mayoría de las lombrices son responsables de la liberación de carbonatos de calcio durante la ingestión de materia orgánica (Yan et al. 2013).
Valores bajos de ácidos húmicos se tuvieron en los tratamientos que contenían cascarilla de cacao, lo que difiere de lo reportado por Sánchez et al. (2007), quienes encontraron altos valores con la cacarilla de cacao. Al respecto se menciona que las cantidades de ácidos húmicos pueden atribuirse a la calidad de los sustratos (Asing et al. 2009).
Germinación del chile habanero
Los tratamientos con vermicompostas tuvieron los mayores porcentajes de germinación con respecto al testigo, lo que coincide con Warman y Anglopez (2010). Se encontró que las vermicompostas con bocashí, tuvieron los mayores índices de germinación y crecimiento de las plántulas, al respecto Boechat et al. (2013) y Huerta et al. (2010) reportan que las vermicompostas con cascarilla de cacao tienen buenas respuestas en la germinación y crecimiento del chile. Por otro lado, las vermicompostas a base estiércol de ovino combinado con G. sepium (1:1) tuvieron efectos inhibidores en la germinación del Chile habanero, lo que se puede deber al alto contenidos de N, que promueve la formación de sustancias tóxicas, que afectan de forma negativa la germinación, el desarrollo del sistema radical y el crecimiento de las plántulas de chile habanero.
CONCLUSIONES
Los tratamientos con residuos vegetales, bocashí y sus combinaciones tuvieron los mayores valores de biomasa, población, longitud, número de cocones y lombrices juveniles. El estiércol de ovino favorece la obtención de altos valores de biomasa y longitud de lombrices, mientras que los tratamientos con cascarilla de cacao mejoraron la producción de cocones al combinarse con G. sepium, residuos vegetales y bocashí. Altos porcentajes de nitrógeno y fósforo se obtienen al incluir estiércol de ovino y la combinación de estiércol de ovino + G. sepium. El uso del bocashí y su combinación con G. sepium, favoreció la germinación del chile habanero.
