Determinación del potencial de mineralización de N de Bokash

UNIVERSIDAD EARTH
“DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE MINERALIZACIÓN DE NITRÓGENO
DE BOKASHI, COMPOST Y LOMBRICOMPOST PRODUCIDOS EN EARTH”
Carmen Rosa Kameko Soria
Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título
de Ingeniera Agrónoma con el grado de Licenciatura
Guácimo, Costa Rica
Diciembre, 2003
Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingeniera Agrónoma con el grado de Licenciatura
Profesor Asesor
Manuel Cerrato, Ph.D.
Profesor Coasesor
Humberto LeBlanc, M.Sc.
Decano
Daniel Sherrard, Ph.D.
Candidata
Carmen Rosa Kameko Soria
Diciembre, 2003
ii
DEDICATORIA
A mi querida madre, Rosario, con todo mi cariño, por su amor incondicional
y por inculcarme desde pequeña el gusto por el estudio y la importancia del
conocimiento en la vida de cada ser humano.
A don Víctor Quiroga, por ser la persona más buena que he conocido en el
mundo, por haberme cuidado durante cuatro años como a una hija y por
brindarme toda su confianza y amistad incondicional.
iii
AGRADECIMIENTO
Durante todo el desarrollo de este proyecto, hubo personas que me han
apoyado en cada parte del proceso. Por esta razón, agradezco profundamente a
don Manuel Cerrato y Don Humberto Leblanc, mis profesores asesores por su
apoyo, guía, consejo y seguimiento en cada una de las etapas del proyecto.
De igual manera, agradezco muy especialmente a todas las personas que
han contribuido en la realización de este proyecto de investigación: Víctor Quiroga,
Suichi Okumoto, Herbert Arrieta, Gerardo Cedeño, Carlos Araya, Luis Emilio
Pineda, Berenice Granados, Marco González, Ninfa Godoy, Anel Rojas y María
Ysabel Amador.
iv
RESUMEN
Los abonos orgánicos pueden ser una alternativa viable al uso de
fertilizantes químicos para proveer el N requerido por un cultivo. Sin embargo, la
capacidad o potencial de un abono para proveer N debe ser conocida para evitar
deficiencias o excesos de N resultantes de la adición del abono al suelo. El
potencial de mineralización de N de un bokashi de Finca Comercial (FC), un
compost de Finca Orgánica Integrada (FIO) y un bokashi y un lombricompost de
Finca Pecuaria Integrada (FPI), todas fincas de EARTH, fue evaluado aplicando
cantidades de abono equivalentes a una aplicación de 20 Mg ha-1 a 300 g secos
de un suelo con un sistema de manejo convencional y de un suelo con un sistema
en transición de un manejo convencional a un manejo orgánico. Muestras en
triplicado de las 10 combinaciones de suelos y abonos fueron incubadas
aeróbicamente y a temperatura ambiente durante 20 semanas. Después de 0, 2,
4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 y 20 semanas las cantidades de N mineralizado fueron
cuantificadas en todas las combinaciones de suelos y abonos. Las cantidades de
N mineralizado de todos los abonos fueron bajas. En el caso del bokashi de FC
cantidades apreciables de N disponible fueron inmovilizadas por la adición de este
abono. Estos resultados fueron atribuidos a que los abonos tienen relaciones C:N
iguales o mayores que 20:1, el nivel óptimo recomendado para una mineralización
de N óptima. Los potenciales de mineralización de N de todos los abonos fueron
bajos (28.7 mg NO3--N kg-1 de suelo hasta 74.5 mg NO3--N kg-1) y no cubrirían los
requerimientos de N de varios cultivos producidos en el Trópico. En general, los
abonos orgánicos producidos en EARTH podrán servir para mejorar algunas de
las condiciones de los suelos, si embargo, no tienen una capacidad nutricional
para N adecuada.
Palabras claves: mineralización de N, potencial de mineralización de N, abono
orgánico, bokashi, compost, lombricompost.
Kameko, CR. 2003. Determinación del potencial de mineralización de Nitrógeno de
bokashi, compost y lombricompost producidos en EARTH. Proyecto de
graduación. Lic. Ing. Agr. Limón, Costa Rica. Universidad EARTH. 41p.
v
ABSTRACT
Organic fertilizers may be a viable alternative to the use of chemical
fertilizers to provide the N required by a crop. The potential or capacity of any
organic fertilizer to provide N must be known in order to avoid a deficiency or an
excess of N resulting from the application of the organic fertilizer to a soil. The N
mineralization potential of four organic fertilizers produced at EARTH University, a
bokashi from Finca Comercial (FC), a compost from Finca Integrada Orgánica
(FIO) and a bokashi and a vermicompost from Finca Pecuaria Integrada (FPI) was
evaluated.
The organic fertilizers, in amounts equivalent to 20 Mg ha-1, were
added to 300 g (dry basis) samples of a soil from a conventional management
system and a soil from an organic management system. Triplicate samples of all
treatments, including one control for each soil, were incubated aerobically at room
temperature throughout 20 weeks. Mineralized NO3--N was determined in samples
after 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 and 20 weeks of incubation. The results show that
all four organic fertilizers mineralized very small amounts of N. The addition of
bokashi from FC immovilized considerable amounts of available N already present
in both soils. The C:N ratios of all organic fertilizers explain the results. All organic
fertilizers had C:N ratios equal or greater than the optimum (20:1) required to
induce mineralization of N. Nitrogen mineralization potentials of the four organic
fertilizers were also low, ranging from 28.7 mg NO3--N kg-1 of soil to 74.5 mg NO3-N kg-1 of soil. These potential amounts of mineralized N from the organic fertilizers
would not meet the N requirements of various crops. In general, the organic
fertilizers produced at EARTH University do not have an adequate N supplying
capacity.
Key words: N mineralization, N mineralization potential, organic fertilizer, bokashi,
compost, vermicompost.
Kameko, CR. 2003. Determinación del potencial de mineralización de Nitrógeno de
bokashi, compost y lombricompost producidos en EARTH. Proyecto de
graduación. Lic. Ing. Agr. Limón, Costa Rica. Universidad EARTH. 41p.
vi
TABLA DE CONTENIDO
Página
DEDICATORIA........................................................................................................ iii
AGRADECIMIENTO................................................................................................ iv
RESUMEN ............................................................................................................... v
ABSTRACT ............................................................................................................. vi
1
INTRODUCCIÓN...............................................................................................1
1.1
1.1
1.2
1.3
2
DESCRIPCIÓN DE LOS ABONOS PRODUCIDOS EN EARTH. ..............2
EL PROCESO DE MINERALIZACIÓN DE N ............................................6
ESTUDIOS DE MINERALIZACIÓN DE N .................................................8
POTENCIAL DE MINERALIZACIÓN DE N ...............................................9
OBJETIVOS .................................................................................................... 12
1.1 OBJETIVO GENERAL............................................................................. 12
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 12
3
MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 13
4
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................ 17
4.1 DETERMINACIÓN DE LA MINERALIZACIÓN ACUMULADA, NETA
Y LA TASA DE MINERALIZACIÓN EN LOS SUELOS TRATADOS
CON LOS CUATRO ABONOS ORGÁNICOS. ........................................ 17
4.2 ESTABLECER EL POTENCIAL DE MINERALIZACIÓN DE N DE
CADA ABONO EN CADA SUELO DESPUÉS DE 20 SEMANAS
DE SU APLICACIÓN. .............................................................................. 30
5
CONCLUSIONES ............................................................................................ 35
6
RECOMENDACIONES.................................................................................... 37
7
LITERATURA CITADA .................................................................................... 38
vii
LISTA DE CUADROS
Cuadro
Página
Cuadro 1. Composición química de los abonos orgánicos evaluados
en este estudio...................................................................................... 13
Cuadro 2. Propiedades químicas los suelos usados en este estudio.................... 14
Cuadro 3. Contenido de materia orgánica, C y N y relación C:N de los
suelos usados en este estudio. ............................................................. 19
Cuadro 4. Contenidos de C y N y relación C:N de los abonos orgánicos
estudiados............................................................................................. 24
Cuadro 5. Requerimientos semanales de ciertos producidos en el trópico............ 29
Cuadro 6. Cálculo del potencial de mineralización de los abonos.......................... 33
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
Figura 1. Mineralización de N acumulada de los suelos tratados con los
abonos orgánicos a través de 20 semanas de incubación.................... 18
Figura 2. Mineralización neta de N de los abonos orgánicos a través
de 20 semanas de incubación............................................................... 22
Figura 3. Tasa de mineralización de N de los suelos tratados con los
abonos orgánicos a través de 20 semanas de incubación.................... 26
Figura 4. Tasas de mineralización neta de N de los abonos orgánicos
a través de en un periodo de 20 semanas. ........................................... 28
Figura 5. Potencial de mineralización de N de los suelos sin abono y con
abono después de 20 semanas de incubación. .................................... 32
ix
1
INTRODUCCIÓN
La producción de abonos orgánicos es una alternativa sostenible para el
manejo de los desechos agrícolas, que ofrece una opción diferente a los
fertilizantes químicos para proveer elementos nutritivos a la planta. En general, se
cree que los nutrientes provenientes de los abonos orgánicos son menos
susceptibles a pérdidas por lavado, lixiviación, escorrentía, volatilización y fijación
que los nutrientes provenientes de fertilizantes químicos, pudiendo reducir
situaciones de deficiencias para las plantas o de contaminación ambiental. De
todos los nutrientes que un abono puede proveer, el nitrógeno (N) es uno de los
elementos de mayor interés debido a que es el elemento con mayor requerimiento
por las plantas, pero también es el elemento que puede causar problemas más
fácilmente de contaminación ambiental.
En general, se supone que el uso de abonos orgánicos es una práctica
agrícola segura y beneficiosa para la calidad del suelo.
Un beneficio de la
aplicación de abonos orgánicos es el aumento de la materia orgánica del suelo, la
cual actúa como un almacén de nutrientes, principalmente de N.
Además, la
aplicación de abonos orgánicos mejora la estructura del suelo y aumenta la
retención del agua. En el abono orgánico, el N se encuentra en formas orgánicas
que deben ser convertidas a formas inorgánicas que las plantas asimilen.
El
proceso de conversión de N orgánico a N inorgánico se conoce como
mineralización y es un proceso que está controlado por condiciones del suelo
como pH, humedad, aireación, y por ciertas propiedades del abono usado, como
el grado de madurez y la relación carbono:nitrógeno (C:N). La relación C:N del
abono es uno de los factores más importantes que definen las cantidades de N
que serán liberadas por ese abono. Cuando las cantidades de N mineralizadas
igualan a las requeridas por un cultivo, el abono fue aplicado en cantidades
óptimas, pero cuando las cantidades de N mineralizado son inferiores a las
requeridas por el cultivo, entonces este último mostrará deficiencias en su
1
desarrollo y las cantidades de abono aplicado fueron insuficientes. Una situación
que generalmente no es considerada al usar abonos orgánicos es la posibilidad de
que el abono libere cantidades excesivas de N que puedan inducir a la planta a un
consumo de lujo o problemas de contaminación ambiental, principalmente
contaminación de aguas por lixiviación o por escorrentía.
En la Universidad EARTH, se producen abonos orgánicos en 3 áreas de
operación: la Finca Orgánica Integrada (FIO), la Finca Pecuaria Integrada (FPI) y
la Finca Comercial (FC). Los abonos producidos en estas áreas son compost,
lombricompost y bokashi. Estos abonos tienen características especiales debido a
que su elaboración varía un poco de los métodos tradicionalmente recomendados
para la elaboración de abonos orgánicos. Las metodologías de producción, los
usos y los contenidos totales de nutrientes, especialmente de N, de estos abonos
han sido ampliamente estudiados (Gómez, 2001; León, 1998; Mendoza, 1997;
Ramírez y Rivera, 1998 y Vélex, 2002). Sin embargo, la capacidad o potencial de
liberar N disponible de estos abonos orgánicos es desconocida. En EARTH, estos
abonos son aplicados a sistemas de producción de varios cultivos, generalmente
en dosis de 200 g m-2 (2 Mg ha-1) cada 4 meses; sin embargo, esas dosis de
aplicación no toman en cuenta las cantidades de N que estarán disponibles en
diferentes tiempos después de la aplicación. La disponibilidad de N después de la
aplicación de un abono orgánico no puede ser estimada a partir del contenido de
N del abono. Vandevivere y Ramírez (1995) claramente destacan que el análisis
químico de un abono es de poca ayuda para evaluar el valor nutritivo del mismo,
ya que el análisis no indica el plazo en el cual los nutrientes estarán disponibles.
La capacidad de liberar N disponible de un abono orgánico debe conocerse, solo
así podrá hacerse un uso eficiente del mismo.
1.1
DESCRIPCIÓN DE LOS ABONOS PRODUCIDOS EN EARTH
El proceso de compostaje es la descomposición microbiológica aeróbica de
la materia orgánica bajo condiciones controladas. Durante el proceso de
2
compostaje los microorganismos consumen oxígeno (O2) mientras se alimentan
de la materia orgánica. Este proceso genera cantidades grandes de energía que
se liberan en forma de calor y cantidades grandes de dióxido de carbono (CO2)
que se reflejan en una reducción significativa del volumen y del peso del material
orgánico (Gouin et al., 1992; Brady y Weil, 1999).
El compost que se produce en la FIO de EARTH, según Gonzáles (2003),
se prepara siguiendo un proceso tradicional de degradación aeróbica del material
orgánico. Los materiales usados son zacate (cualquier tipo de planta encontrada
entre los cultivos), aráquis (Arachis pintoi,), poró (Eritrina poepigiana), Nacedero
(Trichanthera gigantea), vástago de banano, gallinaza o estiércol de cabra o de
búfalo. El tamaño de partícula de los materiales es reducido usando una picadora.
Luego, los materiales se colocan en capas, una sobre otra, incorporando
microorganismos de montaña (MM) al 50% al inicio y periódicamente durante el
proceso de elaboración del compost. Durante el proceso de degradación, se voltea
el material un promedio de 2 veces por semana, con el fin de mantener una
aireación adecuada y de mantener la temperatura dentro en un rango de 50 a
65 ºC durante las dos primeras semanas. La temperatura disminuye por debajo
de 50 °C a partir de la tercera semana. Durante el proceso también se adiciona
agua, si es necesario, para mantener un contenido de humedad óptimo. El tiempo
promedio de elaboración de este composte es de 5 semanas.
El lombricompote es el resultado del proceso de descomposición de
material orgánico a través de lombrices. Este proceso es conocido como
lombricultura y en el mismo se puede utilizar diferentes tipos de materiales
orgánicos, entre los cuales están la broza del café, diferentes estiércoles,
desechos de comida y otros. El lugar donde se lleva a cabo no debe tener luz
directa del sol y debe estar protegido de enemigos naturales de la lombriz,
principalmente hormigas. El sustrato debe contener un alto contenido de humedad
(Baier et al., 1994).
3
El lombricompost que se elabora en la FPI de EARTH, de acuerdo con
Umaña (2003), utiliza estiércol de vacas en ordeño. Diariamente se depositan,
aproximadamente 50 kg de estiércol y 1 kg de cal en pilas de estabilización. La
estiércol se mantiene en las pilas durante 2 a 3 días con el fin de iniciar un
proceso de degradación y de estabilizar el pH del material, ya que las lombrices
son muy susceptibles al pH del estiércol. Luego de finalizado este proceso, las
lombrices son alimentadas con el material ya estabilizado. Las lombrices se
alimentan 2 veces por semana a razón de 5 cm de profundidad de alimento por
encima del lecho existente en las pilas o en las cajas de cría. Durante este
proceso, se mantiene una aireación adecuada del material y un contenido de
humedad de alrededor del 70%. Aproximadamente un mes después de iniciada la
alimentación de las lombrices, el material está listo para ser utilizado.
El bokashi es un abono orgánico originario del Japón. La palabra bokashi
significa materia orgánica fermentada. Tradicionalmente, el bokashi se prepara a
partir de cascarilla de arroz, semolina, torta de soya, harina de pescado y suelo de
bosques como inoculante de microorganismos. El proceso de degradación se
realiza tanto bajo condiciones aeróbicas como anaeróbicas. El principal uso que
se le da al bokashi en su zona de origen es como mejorador del suelo, ya que
aumenta la diversidad microbiana y la cantidad de materia orgánica. Este abono
contrasta con el composte el cual se utiliza como proveedor de minerales nutritivos
para la planta (Shintani et al., 2000).
En la FPI de EARTH, según Umaña (2003), el bokashi se prepara
colocando una capa de aserrín (preferiblemente de maderas blancas) de
aproximadamente 7 cm de profundidad en todo el corral (9 m x 27,5 m). Sobre
esta capa de aserrín aproximadamente 100 animales, que entran al corral durante
2 a 4 horas por día, depositan su estiércol, la cual se va mezclando por efecto del
recorrido de los animales sobre la misma durante su paso por el corral.
Diariamente se agregan 4 L de una mezcla que contiene 320 cm3 de
microorganismos
efectivos
(EM
por
4
sus
siglas
en
inglés,
“effective
microorganisms”) y agua sobre la mezcla de aserrín y estiércol dentro del corral. El
EM ayudará en la rápida descomposición del estiércol y en la eliminación de malos
olores e insectos indeseables. El período de producción depende de las
condiciones climáticas, variando entre 22 días, en casos de alta humedad, a 6
meses bajo condiciones de poca precipitación. En el caso de haber poca
humedad, cada mes se incorpora también una nueva capa de aserrín de 7 cm de
profundidad y 4 L de EM preparados de la misma forma ya descrita anteriormente.
Para finalizar el proceso, se retira todo el material del corral y se coloca en una
pila durante 15 días. Durante este periodo el material se voltea dos veces por
semana aplicando EM en cada volteo en la misma dosis usada en el corral.
Finalizados los 15 días, el bokashi está listo para ser usado en el campo.
En la FC de EARTH el bokashi se prepara a partir de los desechos de la
planta empacadora de banano de EARTH (Céspedes, 2003). Estos desechos son
picados y luego colocados en camas de 1 m de ancho, 1 m de alto y 14 m de
largo. Cada cama contiene aproximadamente 3500 kg de banano y recibe 2 L de
EM (proporción 1:30) todos los días. Posteriormente, se agrega aserrín en un
promedio de 8%, pero esto varía dependiendo de la humedad del material que
haya ingresado a la abonera. En ciertas ocasiones se adiciona urea o estiércol de
vaca a los materiales de la cama. Se deja reposar el material por 5 días antes de
proceder al primer volteo, a partir de entonces el material se voltea cada 3 días
durante 5 semanas. Después de este período, el bokashi está listo para ser usado
en el campo. Durante
el proceso de elaboración, la temperatura varía desde
40 ºC al día siguiente de preparado hasta llegar a 70 °C después de 3 semanas.
A partir de ese momento la temperatura desciende hasta llegar a menos de 50 ºC,
al finalizar el proceso.
En general, los abonos producidos en EARTH son muy variados, tanto en
los materiales usados como materia prima como en los procesos de elaboración.
Esta variación en composición y producto terminado podría ser determinante en la
calidad de los abonos, especialmente en sus capacidades de mineralización de N.
5
1.2
EL PROCESO DE MINERALIZACIÓN DE N
La mineralización de N es la conversión de compuestos orgánicos
nitrogenados a formas minerales inorgánicas de N a través de la respiración
aeróbica o anaeróbica de los microorganismos. (Bollag y Stotszky, 1993; Brady y
Weil, 1999; Porta et al., 1994). En la mineralización aeróbica, el N orgánico es
convertido a nitrato (NO3-) mientras que en la mineralización anaeróbica el N
orgánico es convertido a amonio (NH4+) (Bollag y Stotszky,1993).
El proceso de mineralización tiene 3 fases: aminificación, amonificación y
nitrificación. En la primera fase, los microorganismos transforman las proteínas en
aminas y aminoácidos. En la amonificación, los microorganismos transforman las
aminas y aminoácidos en compuestos amoniacales. Si las condiciones son
anaeróbicas, el N permanece en la forma de NH4+ pero si las condiciones son
aeróbicas, la fase de nitrificación convierte ese NH4+ en NO3-.
Durante la
nitrificación, el NH4+ es oxidado por las bacterias nitrosomonas a nitrito (NO2-) y
este a su vez es oxidado por las bacterias nitrobacter a NO3-.
Existen diversas condiciones particulares que afectan al proceso de
mineralización. Huffman et al., (1996) indican que la actividad microbiana, principal
causante de la mineralización en los suelos, está controlada por la relación C:N
del material, el contenido y disponibilidad de agua, el intercambio gaseoso de O2 y
de CO2 y los efectos físicos de la textura del suelo. Otro factor de importancia es
la temperatura, sin embargo, en las zonas tropicales las temperaturas no fluctúan
en gran medida durante el día y durante el año.
La relación C:N es un factor muy importante en el proceso de
mineralización, ya que los contenidos de C y N son esenciales para la vida y la
reproducción de los microorganismos. Los microorganismos necesitan C como
fuente de energía y, junto con el N, para la síntesis de proteínas y estructuras
celulares. En promedio cada microorganismo debe incorporar ocho partes de
carbono por cada parte de N. Sin embargo, debido a que los microorganismos
6
sólo pueden asimilar alrededor de la tercera parte del carbono que consumen,
necesitan alrededor de 24 partes de carbono por cada parte de N. Si la relación
C:N excede 25, entonces los microorganismos degradarán la materia orgánica si
hay suficiente N disponible para ellos en el medio, causando una inmovilización
temporal de ese N. El proceso de conversión de N inorgánico a N orgánico se
conoce como inmovilización de N. Si la relación C:N es muy alta, por ejemplo 100
o más, la degradación de la materia orgánica puede llegar a detenerse. Ahora,
cuando la relación C:N es baja, por ejemplo menor que 20, la materia orgánica es
degradada fácilmente, el N es temporalmente inmovilizado dentro de los
microorganismos, pero al morir estos el N será liberado al medio. Cuando la
relación C:N se encuentra entre 20 y 25 ambos procesos, mineralización e
inmovilización estarán ocurriendo aunque en general terminarán liberando N al
llegar a un equilibrio determinado (Brady y Weil, 1999). Schnitzer y Khan (1978)
también indican que una relación C:N de 20 a 25 (aproximadamente 1,5 a 2% de
N) es un rango en el cual existe una equivalencia en la cantidad de N mineralizado
e inmovilizado. Si la relación C:N es menor que ese rango, es decir hay un mayor
contenido de N, la mineralización prevalece, mientras que si la relación C:N es
mayor, es decir que hay un menor contenido de N, la inmovilización es el proceso
más prevaleciente. La naturaleza de la fuente de C influye mucho en la velocidad
de degradación del material mismo. Materiales con alto contenido de lignina son
atacados lentamente, mientras que aquellos con mucha celulosa, son degradados
más fácilmente (Keeney, 1983).
El contenido de humedad afecta el proceso de mineralización de dos
formas. Cuando los contenidos de humedad son muy bajos, el contenido de NH4+,
aumenta probablemente debido a que la nitrificación se ve más afectada que la
amonificación (Schnitzer y Khan, 1978). Cuando los contenidos de humedad son
muy bajos el proceso de mineralización completo se ve afectado por el efecto que
la falta de agua tiene sobre el funcionamiento de los microorganismos. Por otro
lado, contenidos muy altos de humedad afectan la aireación del suelo debido a
7
que el exceso de agua limita la difusión de O2 y la nitrificación se ve afectada. Los
niveles óptimos de humedad varían con el tipo de suelo, pero en muchos casos la
nitrificación ocurre rápidamente a niveles de -0.1 a -1 MPa de tensión de humedad
(Paul y Clark, 1996). Igualmente, Brady y Weil (1999) indican que la humedad
óptima es de 60% de poros del suelo llenos con agua.
Debido a que el O2 es un requerimiento obligado para muchas especies, la
aireación es esencial para el proceso de mineralización aeróbica, especialmente
para la nitrificación. La difusión del O2 dentro del suelo y, por lo tanto, la aireación
es controlada por factores como la humedad y la estructura del suelo (Paul y
Clark, 1996). Una de las razones por las cuales la falta de aireación suprime el
proceso de nitrificación es debido a que manteniendo cantidades adecuadas de O2
en el suelo se promueve el crecimiento de microorganismos, se activan muchas
reacciones bioquímicas en el suelo y se fomenta el normal crecimiento de las
raíces de muchas plantas. Estas reacciones pueden, potencialmente, usar
grandes cantidades de O2 y la nitrificación puede al mismo tiempo acabar el O2 en
el suelo al recibir grandes cantidades de desechos nitrogenados, aun cuando los
procesos microbianos compitan favorablemente por el O2 bajo estas condiciones
(Reddy y Patrick, 1983).
1.3
ESTUDIOS DE MINERALIZACIÓN DE N
La mayoría de los estudios de mineralización de N se realizan a nivel de
laboratorio (Chae y Tabatabai, 1986; Douglas y Magdoff, 1991; Vigil y Kissel,
1995), y muy pocos a nivel de campo (Zhang et al., 2002), debido a que es más
fácil controlar variables muy influyentes en los procesos de mineralización como
temperatura y humedad. Estos estudios, sin embargo, tienen la limitante de no
representar fielmente las condiciones que ocurren cuando un abono es aplicado a
un cultivo en el campo.
Los estudios de mineralización en el laboratorio se
realizan a través de la incubación de muestras de suelos y abonos por períodos de
tiempo específicos. La mayoría de estos estudios cuantifica las cantidades de N
8
inorgánico, principalmente NO3--N, al final del período de incubación.
Las
incubaciones son hechas en condiciones aeróbicas o anaeróbicas, las cuales
pueden ser lixiviadas o no lixiviadas (Douglas y Magdoff, 1991; Mazzarino et al.
1991; Meléndez, 1991; Motavalli et al. 1995; Smith et al., 1994), Las incubaciones
lixiviadas consisten en colocar las muestras a incubar en tubos o jeringas que
cuentan con un agujero en la parte inferior que permita la extracción de los
lixiviados. En cada muestreo, una solución extractora es agregada por la parte
superior del recipiente y luego se recogen los lixiviados por la parte inferior,
extrayendo así los nutrientes solubles producidos durante el tiempo de incubación
(Vigil y Kissel, 1995). Las incubaciones no lixiviadas consisten en colocar las
muestras a incubar en un recipiente cerrado, que no permita movimiento de
ninguna clase de los minerales producidos durante el proceso de incubación. En
este método se analizan las muestras al final de cada periodo específico de
incubación, generalmente destruyendo la muestra completa para realizar la
extracción de los minerales formados durante ese tiempo. El uso de una u otra
metodología ha causado mucha controversia entre la comunidad científica,
aunque en general, los resultados obtenidos con cualquiera de las dos
metodologías han sido aceptados por esa misma comunidad científica.
1.4
POTENCIAL DE MINERALIZACIÓN DE N
Dos características fundamentales de un abono orgánico son su potencial
de mineralización de N y su tasa de mineralización de N. Según Brady y Weil
(1999), el potencial de mineralización de N es la cantidad máxima de N disponible
que podrá ser liberada de un abono, después de su degradación por los
microorganismos del suelo. El potencial de mineralización de N se establece a
partir de la mineralización acumulada de N, la cual se define como la cantidad de
N disponible liberada después de un período de tiempo específico. En el caso de
un abono orgánico, la mineralización acumulada se establece adicionando una
cantidad conocida de abono a una cantidad de suelo. La mezcla se deja reposar
9
durante un tiempo definido y las cantidades de N disponible, generalmente en
forma de nitrato (NO3-), son cuantificadas a diferentes intervalos de tiempo.
La tasa de mineralización de N es la cantidad del elemento que se libera
por una unidad de tiempo específica. La tasa de mineralización, según Porta, et al.
(1994) es igual a la velocidad o grado de mineralización, y se interpreta como el
porcentaje de nutriente que se mineraliza y que permite conocer cuánto de un
nutriente está siendo liberado en forma disponible en períodos específicos de
tiempo. La tasa de mineralización se suele expresar en mg de NO3--N por kg de
suelo por semana o en kg de NO3--N por hectárea de suelo por semana. La tasa
de mineralización puede representar las cantidades de N liberadas de una mezcla
de suelo y abono y se le llama tasa de mineralización de N acumulada. Además,
la tasa de mineralización puede representar las cantidades de N liberadas sólo por
abono y en este caso se le llama tasa de mineralización de N neta. Ésta última se
calcula usando los valores de la mineralización neta, los cuales se obtienen
restando el N mineralizado por el suelo del N mineralizado por la combinación de
suelo y abono.
El modelo exponencial ha sido ampliamente usado para establecer el
potencial de mineralización de N (Cabrera, 1993; Garau et al., 1986; Stanford y
Smith, 1972; Zhang et al.; 2002). Este modelo es ajustado a los datos de la
mineralización acumulada de N.
La ecuación (1) representa el modelo
exponencial generalmente usado en estudios de esta naturaleza.
N t = N o (1 − e − k ⋅t )
(1)
En la ecuación anterior, el valor de N o representa el potencial de mineralización
de N calculado a partir de los valores de la mineralización acumulada de N ( N t ) en
un tiempo específico (t). El valor de k , la pendiente de la curva, representa la tasa
constante de mineralización (Cabrera, 1993; Campbell et al., 1981).
10
Tanto el potencial de mineralización como la tasa de mineralización son
dependientes del abono y suelo usado. Diferentes combinaciones de abono y
suelos producirán variaciones en el potencial y la tasa de mineralización, sin
embargo, estimados de estas dos características pueden ser obtenidos a partir de
estudios individuales (Cabrera, 1993; Campbell et al., 1981; Vigil y Kissel, 1995).
Como se mencionó anteriormente, el conocimiento del potencial y de la tasa de
mineralización de un abono permitirá hacer un uso racional y eficiente de este
recurso, evitando así situaciones de deficiencias o excesos de N con las
consecuencias que estas situaciones puedan traer para los cultivos o el medio
ambiente.
11
2
2.1
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
•
Determinar el potencial de mineralización de N de cuatro abonos
orgánicos producidos en EARTH.
2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Determinar la mineralización de N acumulada y neta y la tasa de
mineralización
de
N
de
dos
bokashis,
un
compost
y
un
lombricompost en dos suelos después de 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 16 y
20 semanas de incubación.
•
Determinar el potencial de mineralización de N de cada abono en
cada suelo después de 20 semanas de su aplicación.
•
Evaluar las relaciones entre el potencial de mineralización y las
características de los abonos y de los suelos.
12
3
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio fue realizado en las instalaciones del Laboratorio de Suelos y
Aguas (LSA) de EARTH.
El experimento fue establecido usando un diseño
completamente al azar (DCA) con 10 tratamientos (un testigo, cuatro abonos y dos
suelos) cada uno con tres repeticiones. Los abonos usados fueron un compost de
la Finca Integrada Orgánica (FIO), un bokashi de la Finca Comercial (FC), y un
bokashi y un lombricompost de la Finca Pecuaria Integrada (FPI). Muestras del
abono de cada una de las fincas fueron recolectadas a través de 6 semanas y
luego fueron mezcladas uniformemente. Después de recolectados, los abonos
fueron trasladados al LSA y refrigerados hasta completar la mezcla final y luego
hasta su uso. La composición química de cada abono se presenta en el Cuadro 1.
Cuadro 1. Composición química de los abonos orgánicos evaluados en este
estudio.
Abono
C
N
P
K
Ca
Mg
Fe
Cu
Zn
Mn
------------------------ % -----------------------
---------- mg kg-1 ----------
Compost FIO
40
2.0
0.5
2.1
1.5
0.5
9200
26
177
557
Bokashi FPI
40
1.6
0.4
2.2
1.0
0.7
15175
32
108
500
Bokashi FC
50
1.6
0.2
2.7
0.7
0.4
6750
19
58
288
Lombricompost
FPI
33
1.7
0.3
0.2
3.6
0.4
21080
49
244
610
El experimento fue realizado con un suelo proveniente de un sistema de
manejo convencional para el cultivo de banano (Musa spp.) y un suelo proveniente
de un sistema de manejo orgánico para el cultivo de Noni (Morinda citrifolia). El
suelo con manejo convencional será identificado como suelo convencional y el
13
suelo con manejo orgánico como suelo orgánico. El sistema de manejo
convencional incluye la aplicación de agroquímicos, mientras que el sistema de
manejo orgánico utiliza fertilizantes orgánicos
y
controla las
plagas y
enfermedades a través de diferentes métodos recomendados en la Agricultura
Orgánica. Los suelos fueron recolectados de varios puntos dentro de un área de
10000 m2 y hasta una profundidad de 10 cm. Después de recolectados, los suelos
fueron trasladados hasta el LSA en donde fueron tamizados (0,5 cm) en húmedo y
luego refrigerados hasta su uso. Las propiedades químicas de los dos suelos se
presentan en el Cuadro 2. El suelo convencional presenta una textura franco
arcillosa y tiene una densidad aparente de 0,85 g cm-3, mientras que el suelo bajo
sistema orgánico tiene una textura franco arcillo limosa y una densidad aparente
de 0,80 g cm-3.
Cuadro 2. Propiedades químicas los suelos usados en este estudio.
Suelo
pH
C
N
K
Ca
Mg
P
Fe
Cu
Zn
Mn
---- % ----
--- cmol+ kg-1 ---
------------- mg kg-1 -------------
Convencional
5,8
3,9
0,41
0,55
5,5
1,8
92
179
7
7
11
Orgánico
5,9
5,7
0,66
1,54
5,9
3,1
24
215
5
7
14
Para la preparación de cada repetición de cada tratamiento, 300 g de suelo
en base seca fueron mezclados uniformemente con una cantidad de abono
equivalente a 20 Mg ha-1 en base seca. Los abonos fueron agregados al suelo sin
haber sido secados o molidos, de esta manera se simuló una aplicación de abono
a un suelo en condiciones de campo. Todas las muestras fueron llevadas a un
contenido de humedad de 60%, calculado en base al porcentaje de humedad de la
muestra al momento de su preparación. Cada una de las mezclas fue colocada en
una bolsa de polietileno de 15 cm de ancho por 20 cm de largo, la cual tenía
14
agujeros en diferentes partes de la misma para permitir la circulación del aire. Las
bolsas con suelo y abono fueron incubadas a temperatura ambiente en una de las
salas del LSA durante 20 semanas. El contenido de humedad de cada muestra fue
controlado semanalmente comparando el peso de la bolsa con su peso inicial y
luego adicionando agua en caso de detectarse una diferencia de peso.
Cada tratamiento fue muestreado destructivamente después de 0, 2, 4, 6, 8,
10, 12, 14, 16 y 20 semanas de incubación. Las muestras fueron mezcladas
uniformemente, secadas al aire y luego molidas. Para el análisis de NO3--N, 2,5 g
de muestra fueron extraídos con 25 mL de 1N KCl.
Las concentraciones de
NO3--N en los extractos fueron analizadas por espectrofotometría ultravioleta
según el método 4500 – NO3- B descrito por Greenberg et al., (1992). Todos los
análisis fueron realizados en el LSA.
Para calcular el potencial de mineralización de cada una de las
combinaciones de suelo y abono, el modelo exponencial fue ajustado a todos los
datos de la mineralización acumulada. El potencial de mineralización se obtiene a
partir de los resultados que provee un análisis no paramétrico, PROC NLIN, del
paquete Statistical Analysis System (SAS, 1988). La ecuación (2) representa la
regresión exponencial usada por el procedimiento no lineal.
N t = N o (1 − e − k ⋅t )
(2)
En la ecuación anterior, N t es la mineralización acumulada, N o es el
estimador de parámetro de punto máximo, en este caso el potencial de
mineralización, k es la pendiente de la curva, y t es el tiempo (semanas) de
incubación.
A partir de este modelo no lineal se obtienen dos derivadas:
dN t
=1 − e ( − k ⋅t )
dN o
15
(3)
dN t
= N o ⋅ t ⋅ . e ( − k ⋅t )
dk
(4)
Estas derivadas se utilizan para encontrar los valores de N o y k . Las
soluciones se obtienen por el método de los mínimos cuadrados no lineales,
usando la linearización de Gauss. Para ello existen varias metodologías como la
“Expansión de la serie de Taylor”, pero en este caso se implementó en SAS,
utilizando el método “Marquardt”. Para ajustar el modelo a los datos, al estimador
N o se le asignó un rango de aproximaciones de cero a cincuenta con incrementos
de 0,5; mientras que al estimador k se le asignaron aproximaciones entre 0,01 y
0,09, en incrementos de 0,01.
16
4
4.1
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
DETERMINACIÓN DE LA MINERALIZACIÓN ACUMULADA, NETA Y LA
TASA DE MINERALIZACIÓN EN LOS SUELOS TRATADOS CON LOS
CUATRO ABONOS ORGÁNICOS
La Figura 1 presenta los promedios de las cantidades de N mineralizado
acumuladas en los suelos sin abono y con abonos a través de 20 semanas de
incubación. Esta figura muestra que las cantidades de N mineralizado acumuladas
aumentaron a través del tiempo de incubación. Este aumento es el resultado de
la degradación de la materia orgánica presente en el suelo y de los abonos
orgánicos a través del tiempo. Sin embargo, las cantidades de N mineralizado
acumuladas fueron mayores en los tratamientos con suelo orgánico que en los
tratamientos con suelo convencional. Una comparación de los contenidos de
materia orgánica de los dos suelos (Cuadro 3) muestra que el suelo orgánico tenía
un contenido mayor de materia orgánica. La degradación de cantidades mayores
de materia orgánica en el suelo orgánico muy probablemente llevó a una mayor
acumulación de N mineralizado, esto también debió haber ocurrido en el suelo
tratado con los abonos orgánicos. El Cuadro 3 también muestra que las relaciones
C:N de los dos suelos eran conducentes a que la materia orgánica de los mismos
mineralizara cantidades considerables de N disponible ya que ambos suelos
tenían una relación C:N menor que 20:1. Este último valor ha sido establecido
como el límite superior para que ocurra mineralización de N a partir de la
degradación de cualquier material orgánico (Brady y Weil, 1999). El suelo orgánico
probablemente mineralizó cantidades mayores de N debido a que su relación C:N
era mejor que la relación C:N del suelo convencional. En conclusión, los dos
suelos tenían un contenido de materia orgánica y una relación C:N óptima para la
mineralización de N.
17
50
Suelo orgánico
Suelo convencional
40
30
20
10
0
50
Suelo convencional + Compost FIO
Suelo orgánico + Compost FIO
Suelo convencional + Bokashi FPI
Suelo orgánico + Bokashi FPI
Suelo convencional + Bokashi FC
Suelo orgánico + Bokashi FC
Suelo convencional + Lombricompost FPI
Suelo orgánico + Lombricompost FPI
Mineralización de N acumulada (mg NO3--N / kg suelo)
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
Tiempo de incubación (semana)
Figura 1. Mineralización de N acumulada de los suelos sin abono y con
abonos a través de 20 semanas de incubación.
18
Cuadro 3. Contenido de materia orgánica, C y N y relación C:N de los suelos
usados en este estudio.
Suelo1
Materia Orgánica
C
N
Relación C:N
--------------------- % ---------------------
1
Convencional
6,74
3,91
0,41
9,54
Orgánico
9,79
5,68
0,66
8,61
A 10 cm de profundidad.
En la Figura 1 también se observa una cierta variabilidad en la acumulación
de las cantidades de N mineralizado entre tiempos de incubación contiguos. Esta
variabilidad fue más marcada entre las repeticiones del N mineralizado de cada
uno de los tratamientos (datos no presentados). En general, se espera que las
cantidades de N mineralizado aumenten de un tiempo anterior de incubación a
uno posterior. Por ejemplo, la cantidad de N mineralizado debería ser menor en la
semana 4 que en la semana 6, ya que este último tiempo debe contener el N
mineralizado hasta la semana 4 pero también debe contener el N mineralizado
entre la semana 4 y la 6. En varios casos, las cantidades de N mineralizado se
mantuvieron iguales o disminuyeron de un tiempo menor a uno mayor. Además,
hubo varios casos en que el aumento de N mineralizado ocurrió como era de
esperarse, sin embargo, dicho aumento no fue proporcional a como había venido
ocurriendo en tiempos de incubación anteriores. La variabilidad observada en
estos datos podría ser atribuida a un grado muy alto de heterogeneidad en el
tamaño de partícula y en degradación que mostraban los abonos orgánicos al
inicio del experimento. Esta heterogeneidad fue mucho mayor en los bokashis y el
compost. El lombricompost fue el que mostró ser más uniforme. Los bokashis y el
compost contenían materiales que excedían en dos veces o más el límite de 5 cm
para el tamaño de partícula recomendado (ANAO, 1996) para todos los materiales
usados al inicio del proceso de preparación de bokashi y compost. Aunque se
trató en la mejor manera posible, de distribuir el abono en cada una de las
19
muestras al establecer el experimento, es muy probable que el abono no haya
quedado distribuido uniformemente en el suelo y que dicha distribución haya
variado mucho entre repeticiones de un mismo tratamiento y entre las muestras
que serían evaluadas después de cada tiempo de incubación.
Esta situación
podría haberse evitado si los abonos hubieran sido molidos muy finamente, tal y
como se ha hecho en muchos estudios de mineralización (Cabrera, 1993; Chae y
Tabatabai, 1986; Curtin y Smillie,1995; Sharpley y Smith, 1989). Sin embargo, el
criterio de la autora fue que la disminución del tamaño de partícula de los abonos
no es una situación que representa la manera en que los abonos producidos en
EARTH son aplicados en condiciones de campo.
La autora cree que los
resultados hubieran sobreestimado la capacidad del abono de mineralizar N
debido a una mayor susceptibilidad del mismo a ser degradado por acción de los
microorganismos por efecto de un tamaño menor de partícula de los componentes
del abono.
Las cantidades de N mineralizado por los suelos con abonos fueron
mayores que las cantidades de N mineralizado por los suelos sin abono en casi
todos los casos (Figura 1). Esas diferencias parecen ser menores en el suelo
orgánico.
Esta observación sugiere que, en el caso del suelo orgánico, las
cantidades de N mineralizado únicamente del abono no contribuyen en gran
medida al total del N mineralizado. En el caso del suelo convencional, los datos
de la Figura 1 parecieran indicar que el compost y el bokashi de FPI y el
lombricompost mineralizaron cantidades de N mayores que el suelo sin abono,
contribuyendo en una medida mayor al total de N mineralizado. Sin embargo, se
observa en la misma figura que los dos suelos tratados con el bokashi de FC
produjeron cantidades menores de N mineralizado que los suelos sin abono. Este
caso también se presenta para el suelo convencional tratado con compost.
Cuando las cantidades de N mineralizado en un suelo tratado con abono son
menores que las cantidades de N mineralizado en el mismo suelo sin abono
ocurre un proceso conocido como inmovilización. Este proceso consiste en la
20
conversión de N inorgánico a N orgánico y se asocia con la adición al suelo de
material orgánico con una relación C:N alta, generalmente mayor que 30:1.
Durante la inmovilización los microorganismos usan N del suelo para degradar la
materia orgánica. Esta situación se puede estudiar más detenidamente evaluando
las cantidades netas de N mineralizado.
Las cantidades netas de N mineralizado de los abonos orgánicos se
presentan en la Figura 2. La mineralización neta de N de un abono orgánico es la
cantidad de N que fue mineralizado del abono y se obtiene a través de la
diferencia entre el N mineralizado por el suelo con abono y el N mineralizado por
el suelo sin abono. Los datos de la Figura 2 muestran que todos los abonos
mineralizaron cantidades apreciables de N. Sin embargo, la Figura 2 muestra
claramente una variabilidad muy grande en las cantidades de N mineralizado por
cada uno de los abonos a través del tiempo de incubación. Esta variabilidad en
los resultados sigue siendo atribuida al alto grado de heterogeneidad de los
abonos usados, el cual pudo haber sido motivo de una falta de uniformidad en
composición del abono entre las muestras usadas para evaluar las cantidades de
N mineralizado en los diferentes tiempos de incubación. Los resultados de este
estudio parecieran indicar que sería necesario reducir el tamaño de partícula de
los abonos y obtener así muestras más uniformes en composición. Sin embargo,
la autora aún piensa que usar abonos molidos ya no seria representativo de la
aplicación de estos abonos a suelos en condiciones de campo.
La Figura 2 también muestra que la aplicación de bokashi de FC a los dos
suelos produjo una inmovilización del N disponible o mineral presente en el suelo.
Esta situación está representada en la Figura 2 por los valores negativos de la
mineralización neta de N que se observan desde la semana 0 hasta la semana 10.
La aplicación de los otros abonos no condujo a una inmovilización del N disponible
presente en el suelo, sin embargo, la aplicación de compost y de bokashi de FPI
mostraron valores de cero en la mineralización neta de N en las primeras semanas
21
30
Suelo convencional + Compost FIO
Suelo orgánico + Compost FIO
Suelo convencional + Bokashi FPI
Suelo orgánico + Bokashi FPI
Suelo convencional + Bokashi FC
Suelo orgánico + Bokashi FC
Suelo convencional + Lombricompost FPI
Suelo orgánico + Lombricompost FPI
20
10
0
-10
30
Mineralización neta (mg NO3- / Kg suelo)
20
10
0
-10
30
20
10
0
-10
30
20
10
0
-10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
Tiempo de incubación (semana)
Figura 2. Mineralización neta de N de los abonos orgánicos a través de 20
semanas de incubación.
22
del estudio. Una comparación de los resultados presentados en las Figuras 1 y 2
claramente muestra que mientras todos los suelos con abonos mineralizaron N a
través de todos los tiempos de incubación, el N mineralizado hasta la semana 10
estaba proviniendo del suelo mismo y una fracción significativa del lombricompost,
una fracción mucho menor en los casos del compost y del bokashi de FPI y nada
del bokashi de FC. En el caso del bokashi de FC, el N mineralizado no solo
estaba proviniendo completamente de los suelos sino que parte del mismo estaba
siendo usado para degradar el abono.
A partir de la semana 10 los abonos
mineralizaron fracciones mayores del total del N mineralizado, con la excepción
del bokashi de FC.
Estas observaciones indican que la degradación de los
abonos no fue óptima, aunque variables como temperatura y humedad estaban
siendo cuidadosamente controladas. Una variable que influye muy marcadamente
en la degradación de un abono y, por consiguiente, en la mineralización de N es la
relación C:N de los abonos. El Cuadro 4 muestra las relaciones C:N de los abonos
usados en este estudio. Los datos del Cuadro 4 muestran que únicamente el
compost y el lombricompost tienen relaciones C:N adecuadas, menores o iguales
que 20:1, para que se lleve a cabo la mineralización de N. Las relaciones C:N,
iguales o mayores que 25:1, de los dos bokashis son conducentes a una
inmovilización de N disponible, ya que los microorganismos usarán cualquier N
inorgánico disponible en el suelo para degradar esos abonos, inmovilizando
temporalmente el N inorgánico dentro de sus organismos. Las cantidades bajas de
N mineralizado observadas en las primeras 10 semanas de incubación en los
casos del compost y del bokashi de FPI resultan del hecho de que estos abonos
tienen relaciones C:N en el rango de 20:1 a 25:1 en donde puede ocurrir tanto
mineralización como inmovilización simultáneamente. El lombricompost con una
relación C:N menor que 20:1 mineralizará N casi desde su aplicación ya que no
requiere de N disponible en el medio para ser degradado por los microorganismos
del suelo.
La inmovilización de N, que ocurrió cuando el bokashi de FC fue
aplicado al suelo, fue inducida por la alta relación C:N de ese abono, lo cual obligó
a los microorganismos del suelo a utilizar el N disponible proveniente de cualquier
23
otra fuente, en este caso del suelo, para degradar al abono. Okumoto (2003) dice
que esta situación no se presentará en cultivos perennes, debido a que el abono
es depositado sobre la superficie del suelo para dejar que termine de degradarse
incorporándose al suelo posteriormente a su degradación.
Aunque la autora
concuerda con este último enunciado, también la autora piensa que la calidad del
abono de FC debe ser evaluada en función de los resultados aquí presentados,
especialmente en el caso de que este abono fuese usado en condiciones
diferentes a las que ocurren con cultivos perennes.
Cuadro 4. Contenidos de C y N y relación C:N de los abonos orgánicos
estudiados.
Abono
C
N
Relación C:N
----------- % ----------Compost FIO
40
2,0
20
Bokashi FPI
40
1,6
25
Bokashi FC
50
1,6
32
Lombricompost FPI
33
1,7
19
Las relaciones C:N altas observadas en los dos bokashis son comunes,
según Shintani et al., (2000) debido a que el bokashi es un material que no ha
completado su proceso de degradación y por lo tanto tenderá a presentar
relaciones C:N altas y mucha más variabilidad en la degradación hasta llegar a su
estado de madurez. Sin embargo, el compost debería tener relaciones C:N igual o
menor que 20:1 ya que este tipo de abono se prepara por un tiempo más
prolongado con el propósito de que los componentes sean degradados hasta
obtener un abono bastante uniforme.
24
El compost de FIO usado en este
experimento presentó una apariencia muy parecida a los bokashis, muy
heterogéneo en composición y tamaño, aunque el tiempo de preparación había
sido alrededor de 60 días.
La falta de uniformidad del compost terminado
observada y los resultados de este estudio sugieren que el proceso de producción
de este abono en la FIO debe ser evaluado. De los resultados presentados en la
Figura 2 se puede concluir que la aplicación de compost, bokashi de FPI o
lombricompost a un suelo resultará en la mineralizaron de N pero en cantidades
relativamente pequeñas y variables después de 10 semanas de aplicación.
Además, se concluye que la aplicación de bokashi de FC resultará en un efecto
negativo para el N disponible en el suelo debido a que lo inmovilizará. Hasta
ahora se ha evaluado la mineralización de N de cada abono en función del N
acumulado a través de los tiempos de muestreo, sin embargo, la evaluación de las
tasas de mineralización podría resultar más útil para predecir las cantidades de N
mineralizado que podrían ser esperadas semanalmente después de la aplicación
de cada abono.
Las tasas de mineralización de los suelos sin abono y con abonos se
presentan en la Figura 3. La tasa de mineralización de N es la cantidad de N que
se mineraliza en un período de tiempo específico, en el caso de este estudio el
tiempo es de una semana. Esta tasa se calcula de la división de la cantidad de N
mineralizado acumulada entre el número de semanas transcurridas hasta ese
momento. En la Figura 3 se observa que las tasas de mineralización de N fueron
un poco más altas para los suelos con compost de FIO, bokashi de FPI y
lombricompost de FPI y fueron menores para los suelos con bokshi de FC. Estos
resultados, al igual que los resultados presentados en las Figuras 1 y 2, confirman
la conclusión de que los abonos contribuyeron muy poco a la mineralización de N.
Además, la misma variabilidad observada en los resultados presentados en la
25
10
Suelo convencional
Suelo orgánico
Suelo convencional + Compost FIO
Suelo orgánico + Compost FIO
Suelo convencional + Bokashi FPI
Suelo orgánico + Bokashi FPI
Suelo convencional + Bokashi FC
Suelo orgánico + Bokashi FC
8
6
4
2
0
Tasa de mineralización de N (mg NO3--N / kg suelo / semana)
10
8
6
4
2
0
10
8
6
4
2
0
10
8
6
4
2
0
10
Suelo convencional + Lombricompost FPI
Suelo orgánico + Lombricompsot FPI
8
6
4
2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
2
4
6
8
10
12
14
16
20
Tiempo de incubación (semana)
Figura 3. Tasa de mineralización de N de los suelos sin abono y suelos con
abonos a través de 20 semanas de incubación.
26
Figura 1 se observa en las tasas de mineralización de la Figura 3, esta variabilidad
ya fue atribuida anteriormente a las características físicas de los abonos.
En la Figura 3 también se observa que en la mayoría de los casos, las
tasas semanales de mineralización de N disminuyeron a través del tiempo de
incubación. Este efecto ocurre debido a que las cantidades de N mineralizado son
menores a medida que la materia orgánica se degrada. En términos prácticos,
esto significa que cantidades de N mineralizado cada vez menores deben ser
esperadas a medida que avanza el tiempo después de la aplicación de los
abonos. Otro aspecto que se observa en la Figura 3 es que la magnitud de las
tasas de mineralización de N obtenidas para los suelos con abono pareciera ser
razonablemente aceptable. Sin embargo, esa conclusión debe ser evaluada más
cuidadosamente ya que las cantidades de N mineralizado provienen en gran
medida de los suelos mismos y muy poco de los abonos.
Para esto, es
conveniente evaluar las tasas de mineralización neta de N de los abonos.
Las tasas de mineralización neta de N se presentan en la Figura 4. En este
caso la tasa de mineralización se obtiene a partir de las cantidades netas de N
mineralizado (Figura 2), esto es de las cantidades de N mineralizado únicamente
por la degradación de los abonos. En la Figura 4 se observa claramente que los
abonos estudiados mineralizaron semanalmente cantidades de N relativamente
muy pequeñas, todas ellas inferiores a 2 mg de NO3--N kg-1 de suelo al finalizar la
semana 20 del estudio. Las cantidades de N mineralizado semanalmente por los
abonos estudiados no podrán cubrir los requerimientos de N de muchos cultivos.
Esto es evidente al comparar la tasa de mineralización de cada abono en la Figura
4 con las cantidades de N requeridas semanalmente por varios cultivos que se
producen en el trópico (Cuadro 5).
De esta comparación se concluye que
ninguno de los abonos estudiados estará en capacidad de suplir las necesidades
de ninguno de esos cultivos. Esta comparación claramente establece que la
calidad nutricional de los abonos producidos en EARTH no es adecuada y que
debe ser mejorada.
27
10
8
Suelo convencional + Compost FIO
Suelo orgánico + Compost FIO
Suelo convencional + Bokashi FPI
Suelo orgánico + Bokashi FPI
Suelo convencional + Bokashi FC
Suelo orgánico + Bokashi FC
Tasa de mineralización neta de N (mg NO3--N / kg suelo / semana)
6
4
2
0
-2
-4
10
8
6
4
2
0
-2
-4
10
8
6
4
2
0
-2
-4
10
8
Suelo convencional + Lombricompost FPI
Suelo orgánico +Lombricompost FPI
6
4
2
0
-2
-4
2
4
6
8
10
12
14
16
20
2
4
6
8
10
12
14
16
20
Tiempo de incubación (semana)
Figura 4. Tasas de mineralización neta de N de los abonos orgánicos a
través de 20 semanas de incubación.
28
Cuadro 5. Requerimientos de N de ciertos cultivos producidos en el trópico.
Cultivo
Aplicación por ciclo
Aplicación por semana
------------------- kg ha-1 ------------------Arroz
243
20,3
Maíz
426
35,5
Tomate
400
16,7
Melón
300
12,5
Banano
600
15,0
Fuente: Domínguez (1989).
En el caso de los bokashis, Okumoto (2003) indica que este tipo de abono
orgánico se usa principalmente como mejorador del suelo y no como una fuente
nutricional. Anteriormente se explicó que este abono no ha cumplido su ciclo de
degradación por lo que necesita de un tiempo mayor para mineralizar N en
cantidades suficientes para un cultivo. La autora cuestiona este hecho,
específicamente en el caso del
bokashi de FC ya que en su preparación,
generalmente, no se usa una fuente de N que pueda enriquecer del mismo al
abono o que le permita una vez que se va degradando mineralizar cantidades
altas de N.
En el caso del compost, del bokashi de FPI y del lombricompost de
FPI se usan distintas fuentes de N que bajo un manejo adecuado en su
preparación pueden resultar en abonos de mejor calidad nutricional.
Varios
ejemplos de bokashis elaborados con varias fuentes de N y con calidad nutricional
adecuada son dados por Vélex (2002).
29
4.2
DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE MINERALIZACIÓN DE N DE
LOS ABONOS EN CADA SUELO DESPUÉS DE 20 SEMANAS DE SU
APLICACIÓN
La tasa de mineralización de N es un indicador de la eficiencia de un abono
orgánico que permite estimar las cantidades de N inorgánico que serán liberadas,
en este caso semanalmente, después de la aplicación del abono. La eficiencia de
un abono también puede ser estimada a partir de la cantidad máxima de N que
podría llegar a ser mineralizada en un período de tiempo definido. Este concepto
se conoce como el potencial de mineralización de N y estima la cantidad máxima
de N que podría ser mineralizada a partir de la degradación de la materia orgánica
en un período de tiempo.
El potencial de mineralización se obtiene de los
resultados de una regresión exponencial de los datos de la mineralización
acumulada, uno de los parámetros que resultan de la regresión que constituye el
potencial de mineralización. Los potenciales de mineralización de N de los suelos
sin abono y con abonos se presentan en la Figura 5. En esta figura se muestran
las cantidades de N mineralizado acumuladas, las curvas de regresión que fueron
ajustadas a esos valores y los parámetros de la regresión. A diferencia de la
Figura 1 que presenta los promedios de las cantidades de N mineralizado
acumuladas, la Figura 5 presenta las cantidades de N mineralizado acumuladas
de las tres repeticiones de cada tratamiento en cada tiempo de incubación. La
presentación de los valores de cada repetición permite contrastar el ajuste logrado
con el modelo exponencial. En la Figura 5 se observa que el modelo exponencial
fue exitosamente ajustado a las cantidades de N mineralizado acumuladas de los
suelos sin abono y de casi todos los suelos con abono. El modelo no pudo ser
ajustado a las cantidades de N mineralizado acumuladas del suelo convencional
con bokashi de FC, esto se debió a la inmovilización de N que ocurrió en este
suelo y que fue discutida anteriormente. En la Figura 5 también se observa que el
grado de ajuste del modelo exponencial fue superior al 80% (R2 > 0.80) en cinco
casos de suelo con abonos y los dos suelos sin abono. Esta observación indica
que al tener el modelo exponencial un grado de ajuste bastante aceptable, la
30
confiabilidad del mismo para predecir el potencial de mineralización de N es
también aceptable. En la Figura 5, el potencial de mineralización de N de los
suelos sin abono y con abono se observa en el valor de la constante de la
ecuación de la regresión exponencial. Por ejemplo, para el suelo convencional
con compost la ecuación es Nt = 74.5 (1-e-0.03t), el valor de 74.5 (mg NO3--N kg1
) representa el potencial de mineralización de N del compost al ser aplicado a
este suelo. Los valores del potencial de mineralización de N de los suelos sin
abono y con abono son bastante variados.
Esta variación se observa más
claramente en el Cuadro 6, el cual presenta un resumen de los potenciales de
mineralización de los suelos sin abono y con abono.
Los potenciales de
mineralización de N variaron desde 28,7 mg NO3--N kg-1, para el suelo
convencional sin aplicación de abono, hasta 170 mg NO3--N kg-1, para el Bokashi
de FC aplicado al suelo bajo manejo orgánico. En general, los potenciales de
mineralización de N fueron mayores en el suelo orgánico que en el suelo
convencional en todos los casos excepto en el caso del compost.
Estos
resultados podrían ser atribuidos al hecho de que el suelo orgánico pudo haber
tenido una flora microbiana más saludable y mejor establecida, ya que este suelo
había estado por varios años bajo un manejo orgánico y no había recibido ningún
tratamiento con agroquímicos. Este no es el caso del suelo convencional ya que
debido a su manejo había recibido tratamiento de agroquímicos en detrimento de
la flora microbiana.
La presencia de una flora microbiana más saludable y
establecida en el suelo orgánico daría condiciones más óptimas para que el abono
fuese degradado. Sin embargo, en este análisis no se puede obviar el hecho de
que el suelo orgánico mineralizó cantidades mayores de N que el suelo
convencional y que ésta condición, más que las condiciones de la flora
microbiana, sería una causa más probable de que los valores de los potenciales
de mineralización de N de los abonos hayan resultado mayores en el suelo
orgánico. El valor del potencial de mineralización de N del bokashi de FC en el
suelo orgánico resulta absurdo al ser comparado con los resultados de los otros
abonos. Este resultado se obtiene debido a la naturaleza de los datos
31
50
40
30
Suelo convencional
Suelo orgánico
Nt = 28,74 (1 - e-0,05 t)
R2 = 0,82
Nt = 46,75 (1 - e-0,07 t)
R2 = 0,88
Suelo convencional + Compost FIO
Nt = 74,48 (1 - e-0,03 t)
R2 = 0,88
Suelo orgánico + Compost FIO
Nt = 51,56 (1 - e-0,11 t)
R2 = 0,91
Suelo convencional + Bokashi FPI
Nt = 37,12 (1 - e-0,06 t)
R2 = 0,86
Suelo orgánico + Bokashi FPI
Nt = 53,11 (1 - e-0,10 t)
R2 = 0,92
20
10
0
50
Potencial de mineralización de N (mg NO3--N / kg suelo)
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
Suelo convencional + Bokashi FC
Suelo orgánico + Bokashi FC
Nt = 170,00 (1 - e-0,02 t)
R2 = 0,94
40
30
20
10
0
50
40
Suelo orgánico + Lombricompost FPI
Nt = 47,01 (1 - e-0,13 t)
R2 = 0,78
Suelo convencional + Lombricompost FPI
N = 29,39 (1 - e-0,12 t)
t
R2 = 0,71
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
Tiempo de incubación (semana)
Figura 5. Potencial de mineralización de N de los suelos sin abono y con
abono a través de 20 semanas de incubación.
32
usados en la regresión exponencial. En el suelo orgánico, la adición de bokashi
de FC causó una inmovilización de N, que no es apreciable en la Figura 1
pero si es muy evidente en la Figura 2. Al examinar la Figura 5 se observa que la
línea de la regresión exponencial en el caso de el bokashi de FC sigue una
tendencia casi lineal y debido a esa tendencia el modelo sobreestima el valor
máximo del N que será mineralizado en el suelo orgánico con la adición de
bokashi de FC.
Cuadro 6. Cálculo del potencial de mineralización de los abonos orgánicos
estudiados.
Suelo
Abono
Potencial de mineralización
mg N kg-1 suelo
kg N ha-1 suelo1
28,7
24,4
Compost FIO
74,5
63,3
Bokashi FPI
37,1
31,7
Bokashi FC
ND2
ND
Lombricompost FPI
29,4
25,0
Sin abono
46,8
37,4
Compost FIO
51,6
41,3
Bokashi FPI
53,1
42,5
Bokashi FC
170,0
136,0
Lombricompost FPI
47,0
37,6
Convencional Sin abono
Orgánico
1
Conversión realizada utilizando la densidad aparente del suelo y 10 cm de
profundidad.
2
ND = No determinado
33
El Cuadro 6 también muestra que las diferencias entre los potenciales de
mineralización de N de los abonos y los potenciales de mineralización de N de los
suelos son pequeñas. Esta observación indica que el potencial de mineralización
de N de los abonos es bajo. Esta conclusión es congruente con los resultados de
las cantidades netas de N mineralizado y de las tazas de mineralización de N muy
bajas que se observaron en las Figuras 2 y 4. El Cuadro 6 también presenta los
potenciales de mineralización de N expresados en kg de N ha-1. Al comparar
estos valores con los requerimientos de N de varios cultivos (Cuadro 5)
claramente se establece que ninguno de los abonos tendrá el potencial de proveer
el N requerido por esos cultivos. Es muy probable que sea necesario aplicar
cantidades mayores o realizar aplicaciones más frecuentes de estos abonos para
que los mismos lleguen a cumplir con los requerimientos de los cultivos
presentados en el Cuadro 5.
Los resultados obtenidos de las tasas de mineralización de N y de los
potenciales de mineralización de N de los abonos producidos en EARTH parecen
indicar que estos abonos no tienen una calidad nutricional adecuada. El uso de
estos abonos, en la cantidad aplicada y con una sola aplicación no llevaría a
cumplir con los requerimientos de N de algunos cultivos que se producen en
trópico.
Los resultados de este estudio identificaron que la relación C:N de los
abonos es el aspecto responsable de la falta de calidad nutricional de los abonos.
Los resultados del estudio también identificaron que el alto grado de
heterogeneidad de los abonos, principalmente del compost y de los bokashis,
influye en la calidad de la degradación de los mismos y, por lo tanto, en las
cantidades de N que serán mineralizadas. Es necesario evaluar los procesos de
elaboración de estos abonos y asegurarse de que los mismos lleguen a alcanzar
una relación C:N que sea conducente a producir un abono de calidad nutricional
adecuada.
34
5
•
CONCLUSIONES
Todos los abonos evaluados mineralizaron cantidades bajas de N a través de
20 semanas de haber sido aplicados a los suelos. De los abonos evaluados, el
lombricompost de FPI mineralizó la mayor cantidad de N después de 20
semanas de su aplicación. Las tazas de mineralización de N de todos los
abonos resultaron ser muy bajas. Desde el punto de vista nutricional, los
abonos no tienen la capacidad de proveer los requerimientos de N, durante el
ciclo, de varios cultivos comúnmente producidos en el trópico de Costa Rica.
Estos resultados fueron atribuidos principalmente a que todos los abonos
tenían una relación C:N casi igual o mayor que la recomendada (20:1) para
que un abono orgánico mineralice cantidades sustanciales de N. La relación
C:N del bokashi de FC fue tan alta que durante las primeras 10 semanas del
estudio inmovilizó parte del N disponible que había en los suelos.
•
Las cantidades de N mineralizadas por el compost de FIO y por los bokashis
de FPI y FC fueron muy variables durante las 20 semanas del estudio. Esa
variabilidad fue causada por un grado de degradación y
un tamaño de
partícula muy heterogéneos de los abonos al inicio del experimento. Además,
la presencia en los abonos de materiales aún sin degradar debió haber sido
otra causa de que esos abonos tuvieran relaciones C:N mayores que las
adecuadas para un abono al ser aplicado al suelo.
•
El potencial de mineralización de N de los abonos estudiados resultaron
también ser bajos. Esos potenciales están dentro de un rango que va desde
28,7 mg NO3--N kg-1 de suelo hasta 74,5 mg NO3--N kg-1 de suelo. El valor de
170,0 mg NO3--N kg-1 de suelo establecido para el bokashi de FC no fue
aceptado como representativo del potencial de mineralización de N de este
abono, debido a que dicho valor resultó de un ajuste del modelo exponencial a
datos que no correspondían a una mineralización de N sino que a una
inmovilización de N por parte de este bokashi.
35
Los abonos orgánicos
producidos en EARTH no cuentan con un potencial de mineralización de N
óptimo y, por lo tanto, no estarán en capacidad de suplir los requerimientos de
N, durante el ciclo, de varios cultivos.
•
En general, los abonos orgánicos producidos en EARTH podrán servir para
mejorar algunas de las condiciones de los suelos, si embargo, no tienen una
capacidad nutricional para proveer N en una manera adecuada.
36
6
•
RECOMENDACIONES
Los resultados de este estudio sugieren que las fincas de EARTH deben
evaluar sus sistemas de elaboración de abonos orgánicos. Uno de los factores
que debe ser evaluado es el uso de fuentes de N que lleven al abono a
alcanzar una relación C:N óptima para la mineralización de N. La relación C:N
del abono al final del proceso de elaboración debe ser evaluada
frecuentemente para realizar los ajustes necesarios.
•
Otro factor que debe ser evaluado periódicamente es el tamaño de partícula al
inicio y al final del proceso de elaboración, debido a que los resultados de este
estudio muestran que este factor puede causar variabilidad en las cantidades
de N mineralizado a través de la descomposición del abono.
37
7
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