Evaluation of the agronomic effect of biosolids from a wastewater treatment by anaerobic digestion of livestock waste in bean (Phaseolus vulgaris L) crop.
M.Sc. Alejandro Negrin Brito, I M.Sc. Yamilé Jiménez Peña II
I Investigador Agregado y Profesor Auxiliar Adjunto, Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), carretera de Patria km 1½, Morón, Ciego de Ávila, Cuba.
II Investigadora Agregada y Profesora Asistente Adjunto, Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), carretera de Patria km 1½, Morón, Ciego de Ávila, Cuba.
En el Centro de Investigación en Bioalimentos se evaluó el efecto agronómico de los biosólidos provenientes de la digestión anaerobia de residuales pecuarios, en los indicadores fenológicos del cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.), var. «Milagro villaclareño». Se utilizó un marco de plantación de 0.90 m x 0.07 m (14.3 plantas por metro) a partir del 4 de diciembre del 2009 en un suelo Ferralítico Rojo, pH: 7.3 y un contenido de P2O5 y K2O de 17.3 y 48.30 mg.100g-1, respectivamente. Se utilizó un diseño de bloques al azar con tres tratamientos (dosis: 0.0; 6.8 y 9 t.ha-1) y tres replicas (nueve unidades experimentales), cada parcela tuvo un área de 40 m2, el biosólido se aplicó antes de la siembra en el fondo del surco. El diámetro del tallo a partir de los 40 días mostró diferencias significativas (p<0.01), en los tratamientos con aplicación del biosólido el comportamiento similar se logró en la altura de la planta a partir de los 32 días de establecida, llegando hasta 65 cm en el último periodo. La cantidad de vainas por planta y granos por vaina también presentaron diferencias estadísticas, en el primero de los casos, la mayor aplicación de biosólido en relación con el resto de los tratamientos y el segundo caso las dos aplicaciones respecto al control. El tratamiento con 9 t.ha-1 presentó el mayor rendimiento (2.40 t.ha-1), superando al testigo en 0.80 t.ha-1.
Palabras clave: frijol, rendimiento, dosis de aplicación.
ABSTRACT
In the Biofood Research Center carry up the investigation about agronomic biosolids effect, obtained from a wastewater treatment by anaerobic digestion of livestock waste, in bean (Phaseolus vulgaris L.) phenological indicators, var. «Milagro villaclareño», used a planting frame 0.90 x 0.07 m (14.3 plants.m-1), from December 4, 2009 in Red Ferralitic soil (Nitisol), pH:7.3 and containing P2O5 and K2O5 of 17.3 and 48.30 mg.100 g-1, respectively. Used a randomized block design with three treatments (dose: 0.0; 6.8 and 9 t.ha-1) and three replicates (nine experimental units), each plot had an area of 40 m2, the biosolids are applied before planting in the final groove. The diameter of the stem after 40 days showed significant differences (p<0.01) in treatments with application of sewage sludge, similar behavior was achieved at the height of the plant from of 32 days after the establishment, reaching 65 cm in the fourth quarter. The number of pods per plant and grains per pod also showed statistical differences in the first case, the high application of sludge compared to other treatments and the second case the two applications compared to control. The treatment of 9 t.ha-1 gave the highest yield (2.40 t.ha-1) than the control in 0.80 t.ha-1.
Key words: slugde, bean, yield, slugde dose.
INTRODUCCIÓN
]]> Las excretas de animales, vistas por muchos como un contaminante ambiental, pueden generar recursos valiosos mediante su procesamiento anaeróbico en biodigestores, de tal forma que al reciclarse, parte de la energía y de sus nutrientes favorezcan la sustentabilidad de la producción animal y al mismo tiempo aprovechar los desechos orgánicos (1).
MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación se realizó en áreas demostrativas del Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), ubicado en el municipio Morón, provincia Ciego de Ávila, a partir de diciembre del 2009 hasta febrero del 2010. El frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad «Milagro villaclareño» (color negro), se sembró a una distancia de 0.90 x 0.07 m (14.3 plantas por metro) (8).
El biosólido utilizado procedió de la planta de tratamiento por digestión anaerobia del propio centro, alimentada con residual pecuario. Las propiedades químicas del biosólido estudiado aparecen en la Tabla I y se encuentran dentro de los límites permisibles establecidos en las normas (9) que regulan la utilización de lodos y biosólidos con fines agrícolas, por lo que puede considerarse que este residuo (clase A) es apto para ser utilizado en la agricultura.
El suelo utilizado para el experimento fue Ferralítico Rojo de acuerdo a la nueva versión de clasificación de los suelos de Cuba (10) cuyas características se describen en la Tabla II.
Evaluaciones realizadas
Fenología del cultivo. Al cultivo establecido se le realizó determinaciones de los indicadores fenológicos (diámetro del tallo, altura de la planta, cantidad de vainas por plantas, cantidad de granos por vainas y peso de 100 semillas) para evaluar su desarrollo vegetativo (15).
Índice de crecimiento. Para cada medición de tamaño de la planta se evaluó el crecimiento obtenido en relación con la medición anterior (15).
Rendimiento. A los 90 días se realizó la cosecha según lo indicado por el Instructivo Técnico del cultivo del frijol (16). Al final de la cosecha se calculó el rendimiento (t.ha-1).
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Análisis económico Se tomaron los precios de los fertilizantes químicos para los productores privados establecidos por el Ministerio de Agricultura (16) y el costo de la mano de obra para obtener el biosólido, se tomaron también las dosis de fertilizante inorgánico establecidas para el cultivo y las orgánicas de biosólido propuestas en el trabajo.
La información colectada, fue procesada mediante el paquete estadístico computarizado SPSS versión 15 (1999), empleándose ANOVA de clasificación doble y la dócima de Duncan (17) para realizar la discriminación entre las medias.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El diámetro del tallo (Tabla III) mostró diferencias altamente significativas (p<0.001) en los tratamientos con aplicación del biosólido (6.8 t.ha-1 y 9 t.ha-1) en relación con el testigo a los 40 y 50 días de establecido el cultivo, manifestándose un desarrollo vigoroso y consecuente con la variedad, teniendo en cuenta que es el frijol una planta poco competitiva (18).
Resultados similares a los del presente trabajo han sido destacados, además, en estudios realizados en tomate (Solanum lycopersicon L.) (19), encontrando que las plantas en suelo tratado con fertilizante mineral y biosólidos lograron los mayores valores de diámetro del tallo como respuesta a las concentraciones de los elementos esenciales incorporados.
Por otra parte se reportaron diámetros desde 0.8 hasta 0.11 cm utilizando dosis mínimas de fertilizante químico en suelos de Costa Rica (20). ]]>
Otros valores (0.21 cm) también fueron obtenidos pero con la aplicación de estiércol bovino y humus como biofertilizante (21).
Como se muestra en la Tabla IV las dosis aplicadas de biosólido marcaron diferencias estadísticas para la altura a partir de los 32 días de establecido el cultivo, alcanzándose la mayor altura (0.65 m) y el mayor índice de crecimiento (0.27 m) en el último periodo (Tabla V), resultado que se corresponde con el incremento en el crecimiento de las plantas provocado por la aplicación del biosólido al suelo (22).
Sin embargo, se encontró que los periodos de mayor intensidad en el crecimiento coinciden con los de mayor absorción de nutrientes (23), debido a que la aplicación de estos residuos orgánicos incrementan los contenidos de macro y micro nutrientes esenciales en los suelos en forma directamente asimilable por las plantas, fundamentalmente los procedentes de la mineralización de la materia orgánica en forma gradual, todo esto provoca que las plantas tengan una mayor disponibilidad, absorción y asimilación de los nutrientes (24).
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La cantidad de vainas por planta (Figura 1) presentó diferencias altamente significativas (p<0.001) entre todos los tratamientos en estudio, destacándose la mayor dosis de biosólido aplicada (9 t.ha-1), que presentó la mayor cantidad de vainas promedio (18.40). Otros resultados reportaron en variedades de frijol rojo 14.70 vainas por planta, utilizando urea como fertilizante a razón de 0.12 t.ha-1 (25), resultados inferiores a los obtenidos en este trabajo (18.40) donde se utilizó biosólido de residuales pecuarios procedentes de una planta de digestión anaerobia.
Reportes encontrados para este componente del rendimiento muestran valores de 5,75 a 15.72 vainas por planta en el estudio de 15 variedades de frijol rojo en la provincia de Ciego de Ávila (26).
Por otra parte, la utilización de NPK+urea, con aporte de 30, 28 y 45 kg.ha-1 de nitrógeno, fósforo y potasio, en la siembra en bandas a 3 cm por debajo de la semilla y una fertilización nitrogenada a los 25 días con urea a razón de 149 kg.ha-1, representó un aporte de 64.54 kg.ha-1 de nitrógeno, obteniéndose 14.32 vainas por planta (26).
Es importante destacar que al tener las necesidades de agua cubiertas, el nitrógeno es el factor limitante más importante para el desarrollo de las plantas, que lo necesitan para formar proteínas y ácidos nucleicos, pero a pesar de la abundancia de N2 en la atmósfera (más del 70 por ciento), no es aprovechable por las plantas que se ven obligadas a utilizar las formas combinadas que se encuentran en el suelo en cantidades insuficientes para soportar los cultivos intensivos (27).
Resulta obvio que aumentar el uso y mejorar el manejo del N2 fijado biológicamente por esta leguminosa es una meta importante para la agricultura tanto por razones humanitarias como por razones económicas (28). ]]>
La cantidad de granos por vaina (Figura 2) presentó diferencias altamente significativas (p<0.001) en los tratamientos con aplicación de biosólido en relación con el testigo, obteniéndose como promedio 7.10 granos, mientras que en el tratamiento control solo alcanzó 5.60 granos. Estos resultados fueron superiores al de otros autores que obtuvieron 3 y 4.80 granos por vaina en variedades rojas utilizando urea (0.12 t.ha-1) como fertilizante químico (29).
Estudios realizados en el municipio Majibacoa en variedades de frijol negro reportan valores de 4.1 a 5.8 granos por vainas (30). Este comportamiento es un indicador también del carácter individual de cada cultivar ya que el número de granos por vaina varía entre 3 y 9, aunque generalmente oscilan de 5 a 7 (31).
Como resultado de la cosecha, a los 90 días de establecido el frijol (Figura 3) se apreció diferencias significativas (p<0.001) entre los tratamientos en estudio, la mayor aplicación de biosólido (9 t.ha-1) presentó el mayor rendimiento (2.40 t.ha-1), lo que indicó que los biosólidos empleados son residuos ricos en nutrientes esenciales para las plantas (N, P), (32), estos mismos autores señalan que la digestión anaeróbica degrada los componentes complejos a formas moleculares más simples como NH4+, NO3- y P2O5 facilitando la asimilación más efectiva de estos nutrientes por el sistema radicular de las plantas, favoreciendo un aumento notable en el rendimiento final de la cosecha.
Los abonos orgánicos de origen vegetal o animal tienen la capacidad de mejorar la fertilidad del suelo y por ende la producción y productividad de los cultivos (33), afirmación que se corresponde con lo obtenido en el estudio realizado. ]]>
Resultados en la provincia de Las Tunas señalan que con aplicación de urea (0.8 t.ha-1) como fertilizante en el cultivo del frijol (variedades rojas) se obtuvo el mayor rendimiento (2.32 t.ha-1) (34), resultado que se corresponde con los obtenidos en el presente trabajo (2.40 t.ha-1) pero utilizando solo biosólido (9 t.ha-1) como abono orgánico.
Los rendimientos mundiales no superan las 1.4 t.ha-1, mientras que en Cuba se alcanza menos de 1 t.ha-1, invirtiéndose anualmente más de 32 800 000 dólares en la compra de alrededor de 140 000 t de granos (35).
El mayor tamaño y peso de las semillas se obtiene en el punto de madurez fisiológica y está relacionado con el vigor y la pureza varietal (36). El peso de 100 semillas (Figura 4) se comportó de forma similar para todos los tratamientos en estudio, con valores de 19, 20 y 21 g respectivamente. Resultados que se corresponden con la evaluación de nueve cultivares de frijol rojo obteniendo un peso promedio de 17.60 a 30.11g (37), al igual que otros autores quienes alcanzaron valores de peso entre 21.00 y 30.15 g para variedades rojas en la zona Centro Oriental de Cuba (CCS “Capitán San Luis”) (38).
Factibilidad económico-ambiental del biosólido como abono orgánico. La aplicación agrícola de los biosólidos está basada en satisfacer los requerimientos de nitrógeno de los cultivos, previendo la sobreaplicación de metales pesados, lo que ha mostrado ser una forma efectiva de reutilizar benéficamente productos residuales. Es un excelente recurso que puede ser usado como abono orgánico suplementario, permitiendo al agricultor obtener mayores ingresos al reducir los costos por fertilización, es una opción viable desde el punto de vista técnico, ambiental y económico.
En las Tablas VI y VII se evidencian los aportes de nutrientes que ofrece el biosólido y cuánto se ahorra por concepto de compra de fertilizantes químicos.
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Los mayores constituyentes de los biosólidos están representados por la materia orgánica oxidable (MO), el calcio (Ca), el nitrógeno (N) y el fósforo (P), condicionado por la alta carga orgánica presente en las excretas del ganado porcino y vacuno principalmente, en relación directa con la base alimentaria de estas especies.
En la Tabla VIII se muestran algunas características químicas de la capa superficial del suelo después de ser cosechado el frijol. Se observan, principalmente, incrementos en el contenido de materia orgánica (colocándolo en una categoría alta, superior a 4 %) (39), así como en algunos macro y micro nutrientes (P, Ca) en los tratamientos que recibieron mayor dosis de biosólido.
El incremento del contenido de materia orgánica facilita la formación de agregados estables y el aumento de la porosidad, permitiendo así que el agua penetre en el suelo y se mueva dentro de el (40).
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Los cambios presentados en la estabilidad estructural del suelo pueden ser atribuibles a iones floculantes como el calcio y agentes cementantes como la materia orgánica presente en los biosólidos. Los iones de calcio favorecen la formación de agregados del suelo al mantener unidas las arcillas y la materia orgánica; una función comparable con la que cumplen los óxidos de Fe y Al (40).
Para el caso del pH cada dosis de biosólido aplicada ocasionó una disminución de este. Los efectos de la aplicación de biosólido en el pH del suelo, pueden ser variables y esta variación puede deberse al desprendimiento de CO2 y posterior conversión en H2CO3, a la mineralización del nitrógeno orgánico y su subsiguiente transformación en NO3- y a la presencia de cationes básicos contenidos en los residuos orgánicos, entre otros (41).
CONCLUSIONES
Los indicadores fenológicos diámetro del tallo y altura de la planta se comportaron de manera favorable con las dos dosis del biosólido aplicada, mientras que la cantidad de vainas respondió de la misma manera solo a la mayor dosis (9 t.ha-1). La cantidad de granos por vaina resultó superior en los dos tratamientos donde se aplicó biosólido (6.8 y 9 t.ha-1), finalmente el rendimiento fue superior para los tratamientos con aplicación de biosólido en 0.65 t.ha-1. Se puede entonces considerar a los biosólidos de residual pecuario utilizados en esta investigación aptos para ser aplicados en la agricultura como fuente de materia orgánica y nutrientes que contribuye a mejorar propiedades del suelo.
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Recibido: 9 de noviembre de 2010
Aceptado: 29 de julio de 2011
M.Sc. Alejandro Negrin Brito, Investigador Agregado y Profesor Auxiliar Adjunto, Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), carretera de Patria km 1½, Morón, Ciego de Ávila, Cuba. Email: negrin@ciba.fica.inf.cu
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