Management and use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and earth worm humus in tomato (Solanum lycopersicum L.) under protected system
Nelson J. Charles, Dr.C. Nelson J. Martín Alonso
Universidad Agraria de La Habana, Cuba.
RESUMEN
]]> La producción de tomate bajo cultivo protegido, en Cuba, está siendo sometida a una fertilización mineral muy intensa, que conlleva a un alto rendimiento, pero una baja calidad bromatológica, lo que ha conllevado, a nivel nacional, un gran interés para obtener producciones con una alta calidad ecológica. Para ello, se desarrollaron dos experimentos en la Granja “Los 3 Picos”, en Managua, Cuba, sobre un suelo Ferralítico Amarillento gleyzado, en un sistema de cultivo protegido, con el objetivo de determinar los efectos de hongos micorrízicos arbusculares (HMA), cepa Cubense y humus de lombriz, solos y combinados, como sustitutos de la fertilización mineral en el cultivo de tomate (hibrido HA 3108 Hazera) a diferentes dosis. El efecto benéfico del HMA aplicado a través del biofertilizante comercial Ecomic®, producido por el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) y el humus de lombriz, fue evaluado en la planta, a través de las variables: altura, materia seca de las hojas, rendimiento final, y la calidad bromatológica de los frutos. Los resultados mostraron que la aplicación de HMA, fue más eficiente que el humus de lombriz al 25 % de la dosis de fertilizante mineral y sin efectos relevantes cuando se aplican combinados con el humus de lombriz, pero su influencia en los parámetros biológicos no fue significativa. No obstante, al incrementarse la fertilización mineral al 50 %, se pudo apreciar sinergismo entre ambos productos, al ser más eficiente la aplicación combinada, obteniéndose una producción superior a la que aportó la dosis del fertilizante mineral considerada óptima. La aplicación combinada de los HMA y humus de lombriz, mejoraron la calidad bromatológica de los frutos de tomate con respecto a los parámetros de sólidos solubles totales (oBrix) y vitamina C.Palabras clave: HMA, cultivo protegido, fertilización mineral, tomate.
ABSTRACT
The production of tomato under greenhouse system in Cuba is subjected to a high use of mineral fertilizers that resulted to high yield but it affects the nutritional quality of tomato fruits and this has brought great concern at a national level to obtain productions with a high ecological quality. In line with this, two experiments were carried out at the ¨Los 3 Picos¨ farm, in Managua Cuba, on a Feralitic Yellow Glay soil, under a protected cultivating system, with the objective to determine the effects of the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) of Cubense strain and earth worm´s humus, used individually or combined, as substitute to the mineral fertilizers at different dosages in tomato crop hybrid (HA 3108 Hazera). The beneficial effects of the AMF applied in the commercial biofertilizer Ecomic®, produced by the National Institute of Agricultural Sciences (INCA) and the earth worm´s humus were evaluated in the plant, using the variables: height, dry matter content of leaves, final yield and internal fruit quality of fruits. The results shown that the application of AMF, was more efficient than the earth worm´s humus at a 25 % dose of the mineral fertilizer and without any relevant effects when applied in combination with earth worm´s humus but with no significant influences on its biological parameters. Nevertheless, when increasing the mineral fertilizer by 50 %, could appreciate a synergy effects between the two products, being most efficient when applied in combination than applied separately, obtaining a higher production to that brought by the dosage of the mineral fertilizer considered to be optimum. The combination of the AMF and earth worm´s humus improves the internal quality of tomato fruits with respect to the parameters of soluble total solids and vitamin C.
Key words: HMA, protected cultivation, mineral fertilizer, tomato.
INTRODUCCIÓN
El uso desmedido de fertilizantes minerales ha provocado desequilibrio y desbalance en el sistema suelo-planta, por disminución de las actividades microbianas y del potencial productivo de las cosechas (1); por otra parte, los agroquímicos en los productos hortícolas preocupan sobremanera al consumidor, sobre todo por su residualidad (2). Tal problemática ha estimulado el rescate de alternativas orgánicas, las cuales resultan ser insumos ideales para mantener cosechas sanas, y a la vez, mejorar las propiedades químicas, físicas y biológicas de los suelos, para conservar su capacidad productiva.
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Dentro de las alternativas nutricionales, los biofertilizantes, como los hongos micorrízicos arbusculares (HMA), han sido muy eficientes como sustitutos del fertilizante mineral (3, 4, 5) y a su combinación con materia orgánica, se le atribuye una mayor eficacia, por tener un efecto sinérgico (6, 7).
En Cuba, se ha promovido la utilización de abonos orgánicos (8, 9, 10), y biofertilizantes, (11, 12) con resultados loables (13); sin embargo, no se cuenta aún con datos conclusivos, sobre la eficiencia del biofertilizante HMA y el humus de lombriz, aplicados solos y combinados, en el cultivo de tomate, mediante el fertirriego y bajo condiciones de cultivo protegido. Con los resultados de esta investigación, se espera una disminución de la aplicación de los fertilizantes minerales y una mejora en las propiedades química y biológica del suelo, sin afectar la producción y la calidad biológica de los frutos.
MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo se desarrolló en casas de cultivo protegido, modelo Tropical A-12, con una superficie de 540 m2, ubicadas en la Granja “Los 3 Picos”, dentro del municipio Boyeros, de la Ciudad de La Habana, a 107 m s. n. m. El experimento se estableció en dos periodos: diciembre 2009 a mayo 2010 y diciembre 2010 a mayo 2011.
Las semillas de tomate utilizadas proceden del híbrido HA 3108-Hazera y las posturas se obtuvieron por el método de cepellones, utilizando bandejas, que contenían como sustrato una mezcla de 25 % de humus de lombriz, 25 % de cascarilla de arroz, 25 % de suelo y 25 % de estiércol vacuno, según registros del Ministerio de Agricultura.
Estas fueron trasplantadas a los 23 días de la siembra y establecidas en un suelo Ferralítico Amarillento gleyzado (14). ]]>
En la Tabla I se presentan las características químicas del suelo, al inicio del experimento, demostrándose su baja fertilidad, lo cual se expresa entre otros indicadores en los bajos contenidos en materia orgánica (MO) y en la capacidad de intercambio de bases (CIB), lo que bajo tales condiciones, la eficiencia del biofertilizante, como el HMA, es mayor (15, 16).
El diseño experimental, fue el de parcela sub-sub dividida, en bloques al azar, con cuatro réplicas, con arreglo trifactorial; siendo el factor A- las diferentes dosis de los portadores de nutrientes, en el fertirriego, el factor B- la utilización de humus de lombriz y el factor C la aplicación de hongos micorrízicos arbusculares (HMA).
Las dimensiones de las sub parcelas, fueron de 1,0 m de ancho y 5,0 m de largo, para una superficie total de 5,0 m², el marco de plantación establecido, fue de 0,2 m por 0,9 m para el cultivo de tomate, donde se establecieron 25 plantas por tratamientos, en cada sub parcela y para la sub-sub parcela, la dimensión fue de 1,0 m de ancho y 2,5 m de largo, teniendo un área total de 2,5 m², para un total de 12 plantas por cada sub-sub parcela.
Portadores nutricionales utilizados en la investigación
Fertilizantes minerales (Factor A). Los fertilizantes empleados en el fertirriego, fueron el Nitrato de Magnesio (11-0-0-0-15); el Nitrato de Calcio (15-5-0-26-0), el Ácido ortofosfórico H3P04 (85 %), el Nitrato de Potasio (12-0-45-0-0) y el Nitrato de Amonio (34-0-0-0-0) (17) y las cuatro dosis del fertilizante mineral empleadas fueron a0 (0 %), a1 (25 %), a2 (50 %) y a3 (100 %). ]]>
Humus de Lombriz (Factor B). Los niveles del humus de lombriz, que representan las sub parcelas fueron b0 (sin aplicación del humus de lombriz) y b1 (con aplicación del humus de lombriz), dosis de 1 kg m-². Este compuesto orgánico, posee un pH de 7,1; materia orgánica 57,10 y 50,1 % de humedad; su composición en N, P y K y la relación carbono/nitrógeno se ofrece en la Tabla II.
HMA Glomus cubense (Y. Rodr. y Dalpé) (Factor C). La inoculación de HMA, que representa las sub-sub parcelas, fue un inóculo certificado de Glomus cubense (Y. Rodr. y Dalpé) (25 esporas g-1), producto ecológico comercial (Ecomic®), producido por el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA). Se aplicó el 10 % del peso de la semilla a tratar (18). Los dos niveles del factor C, a saber c0 (sin inoculación de HMA) y c1 (con inoculación de HMA).
En la Tabla III, se exponen los 16 tratamientos, a partir de combinaciones de los factores A, B y C-dosis de fertilizante, humus de lombriz y HMA-.
Los tipos y concentraciones de nutrientes de los fertilizantes empleados en las diferentes fases fenológicas del cultivo (Tabla IV), se aplicaron de acuerdo a las normas vigentes (17).
Se muestrearon cinco plantas, tomadas al azar en cada sub-sub parcela, a las que se les evaluó las variables, altura de la planta (cm), a los 30 y 45 días después de trasplante y masa seca de las hojas (g), al final del experimento. El rendimiento (t ha-1) fue obtenido a partir del pesaje de la masa de todos los frutos, de cada tratamiento, además, se evaluó la respuesta de las plantas a la colonización micorrízica (19), al concluir el ciclo vegetativo del cultivo, para lo cual se utilizó el método de tinción de raíces (20). ]]>
Para evaluar la calidad de la cosecha, se tomó una muestra al azar, de 15 frutos por tratamiento, a los que se le determinó las siguientes variables de calidad bromatológica: sólidos solubles totales (0Brix), mediante refractometría, acidez titulable (% de ácido cítrico), mediante valoración con NaOH, 0,1 N, utilizando fenolftaleína, como indicador, pH de la pulpa macerada a través del método potenciométrico, vitamina C (mg 100 g-1), mediante extracción del ácido ascórbico, con 2,6 diclorofenol indofenol.
Todos los datos obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza multifactorial. Estos análisis estadísticos se ejecutaron en el sistema Statgraphics 5.1.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Dentro de las variables del crecimiento y desarrollo del cultivo de tomate, la altura de la planta está considerada entre las que más influye en sus rendimientos (21, 22), y se afirma que existe una relación positiva directa, con el rendimiento, cuando las observaciones han sido realizadas 45 días posterior al trasplante y que en este período existe un equilibrio, entre los procesos de crecimiento vegetativo y los reproductivos (23); además, se asegura, que la mayor producción diaria de biomasa para las hojas, el tallo y la raíz en el cultivo del tomate, tiene lugar entre los 41 y 55 días después del trasplante (24), momento que coincide con el período de máximo crecimiento vegetativo e inicio de la cosecha.
En la Figura 1, se presentan los resultados de la altura de las plantas de tomate, a los 30 y 45 días de trasplantado. Al valorar la altura de la planta a los 30 días, después de trasplantado, se encontró que los tratamientos 9 (50 % fertilizante mineral + humus + HMA), 13 (100 % fertilizante mineral + humus + HMA), 14 (100 % fertilizante mineral + sin humus + HMA), y 15 (100 % fertilizante mineral + humus + sin HMA), no presentaron diferencia significativos entre ellos, debido al efecto que producen los HMA a la disponibilidad de los nutrientes. En esta etapa, el humus no está completamente a la disposición de la planta, lo que concuerda con los criterios aportados por otros autores (25), al hacerse referencia a que el humus de lombriz demora por lo menos cuatro semanas o más, para tener mayor efecto sobre el crecimiento de las plantas. Sin embargo, a los 45 días después de trasplantado, se aprecia por lo general, un efecto positivo del humus de lombriz y HMA sobre este indicador, en relación con el fertilizante mineral, su efecto con una dosis de 50 % y la aplicación de humus no muestra diferencia significativa con los tratamientos 13 (100 % fertilizante mineral + humus + HMA), 14 (100 % fertilizante mineral + sin humus + HMA), y 15 (100 % fertilizante mineral + humus + sin HMA), comprobándose, que se puede reducir la dosis de fertilizante mineral manteniendo el aporte del humus de lombriz y los HMA. (Figura 1).
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La incorporación de humus de lombriz tiene efectos benéficos en las propiedades del suelo y, al parecer, junto al efecto positivo de las micorrizas sobre la absorción de nutrientes, se facilita su asimilación (26, 27).
Esta respuesta, constituye una buena opción para reducir el uso de productos químicos, para una producción más sostenible (28). La baja capacidad de intercambio de bases (CIB), existentes en el suelo 6,81 cmol kg-1 y el escaso contenido de materia orgánica (1,75 %), de acuerdo a Martín, 2000 citado por otros autores (29), deben ser la causa del efecto favorable de combinar productos, que por su naturaleza, mejoran las propiedades físicas, químicas y microbiológicas del suelo; como lo son el HMA y el humus de lombriz. Algunos autores (30), manifiestan que el humus de lombriz, produce sustancias capaces de influir en el crecimiento vegetal, mediante el incremento en la actividad enzimática, la supresión de enfermedades y la producción de sustancias reguladoras del crecimiento, o PGRS Plant Growth Regulating Substances (30).
El hecho de haberse presentado, menor altura a menores dosis del fertilizante mineral, confirma la eficiencia de las propuestas de fertilización óptima 50 % de fertilización mineral + humus de lombriz + HMA hecha para este cultivo, lo cual mostró la máxima altura y el mejor rendimiento obtenido en la investigación (31, 32, 33).
Al evaluarse la masa seca (Figura 2), se puso de manifiesto un mayor efecto de los HMA a mayores dosis del fertilizante mineral, tanto combinado con el humus de lombriz como sin el, así se afirman por los tratamientos 9 (50 % de fertilización mineral + humus de lombriz + HMA), 10 (50 % de fertilización mineral + HMA) y 13 (100 % fertilizante mineral + humus + HMA), sin diferencias entre ellos. La elevada producción de biomasa, obtenida en el tratamiento 10, parece estar relacionado con los hongos micorrízicos arbusculares, que influyeron positivamente en el aumento de la concentración de las hormonas de crecimiento, como el ácido indol 3-acético (AIA) y el ácido giberélico (GA3), en la planta de tomate, los cuales mejoraron el vigor de la planta y el crecimiento celular, lo que se reflejó en un mayor número de hojas y mayor área foliar (34). También, la relación de calcio/magnesio que es de 3,73:1 (Tabla I), se valora como normal, lo que concuerda con otras investigaciones (35), y estimulada también, por los niveles de fertilización mineral lo que se reafirman por otros autores (36, 37).
Además, la simbiosis hongo-planta, es típicamente mutualista, pues el hongo depende de la planta para la obtención de fotoasimilados y la planta recibe a cambio, una variedad de beneficios que le permite incrementar su crecimiento y mejorar sus relaciones hídricas (38).
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Estudios en invernadero, demuestran que la asociación simbiótica de los hongos micorrízicos en las raíces de las plantas, producen diversos cambios y modificaciones a nivel fisiológico, entre los que destacan, los incrementos en la actividad fotosintética, por efecto de la mayor capacidad de fijación de CO2 y por consiguiente, el incremento de las tasas de crecimiento y biomasa producida (39).
La capacidad de intercambio de bases, en este suelo es (6,81 cmol kg-1), sumamente baja según Martín (2000), citado por otros autores (29) y siempre que se aplique humus de lombriz, la disponibilidad de nutrientes para la planta se mejora y, a su vez, si los HMA están presentes, la asimilación de estos nutrientes, por el cultivo, se favorece mucho más.
La Figura 3 está mostrando la colonización micorrízica en las raíces de las plantas, al concluir el ciclo vegetativo del cultivo.
La máxima colonización (26 %), se logró donde no se aplicó fertilización mineral, ni humus de lombriz (tratamiento 2). Este comportamiento, se debe a que los HMA presentan mejor colonización, cuando la capacidad de intercambio de bases y contenido de carbono orgánico en el suelo es bajo, cuyos aspectos se confirman por los resultados de otras investigaciones (40). En tales condiciones, aun en presencia de alta colonización de HMA, resultaría insuficiente para alcanzar producciones eficientes, algo que se refleja en la producción de biomasa para el tratamiento 2, donde la dosis del fertilizante mineral, no alcanzó cifra mayor al 25 % de las necesidades del cultivo.
El porcentaje de colonización del tratamiento 9 (50 % de fertilización mineral + humus de lombriz + HMA) fue 17 % inferior al tratamiento 1(0 % fertilizante mineral + humus + HMA) al obtenerse, un rendimiento de 15,88 t ha-1 vs 45,02 t ha-1 respectivamente; tal resultado demuestra que altos niveles de colonización, no necesariamente significa aumento de los rendimientos, sino que se le proporcionan los nutrientes necesarios a las plantas. Si se compara la colonización alcanzada entre el tratamiento 9 (50 % de fertilización mineral + humus de lombriz + HMA) y 13 (100 % fertilizante mineral + humus de lombriz + HMA), de 17 y 16 % respectivamente, se aprecieron resultados similares en cuanto a altura de la planta, masa seca y rendimiento; por tanto, esto implica un exceso de fertilizante químico, ya que con el 50 % del mismo, se obtienen resultados similares al que contó con el 100 % .
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También, en los tratamientos (3, 4, 7, 8, 11, 12, 15, 16), donde solamente se colonizan las plantas con los HMA nativos en el suelo, se obtuvieron resultados inferiores, a las plantas que fueron colonizada con el HMA del producto comercial (Ecomic® ) empleado, comprobándose la no utilización sistemática de estos hongos en la casa de cultivo.
La colonización, evaluada al final del experimento, mostró valores por encima del 20 % en los tratamientos donde se aplicó Ecomic®, lo que concuerda con trabajos precedentes (41, 42) en lo que se ha utilizado, micorrizas inoculantes sólidos y se han presentado valores de micorrización entre 20 y 45 % de colonización.
La Figura 4 muestra el efecto de la aplicación de humus de lombriz, hongos micorrízicos arbusculares y las dosis de fertilizantes minerales sobre el rendimiento del tomate expresado en t ha-1.
Se encontró que con un 50 % menos de nutrientes en el agua de riego, los HMA ponen a disposición de las plantas, los nutrientes existentes en el suelo, siendo esta la mejor dosis para obtener una producción económica; lo que fue demostrado en los tratamientos 9 (50 % fertilizante mineral + humus + HMA) con un rendimiento de 45,02 t ha-1 y el tratamiento 13 (100 % fertilizante mineral + humus + HMA) que alcanzó una producción de 44,58 t ha-1, sin diferencias significativas entre estos, lo que concuerda con otros autores (43, 44), siendo además similar a lo obtenido en fresa con aplicaciones de HMA y vermicompost (45) y también, en el cultivo de guayaba donde, la combinación del 75 % de la fertilización mineral con los biofertilizantes y el FitoMas-E posibilitó la reducción del 25 % de la fertilización mineral (46).
En la Tabla V, se exponen los resultados de la evaluación de la calidad bromatológica de los frutos de tomate obtenidos en los diferentes tratamientos.
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La vitamina C, fluctúa en el rango de 16,93 a 19, 56 mg 100 g-1, valorándose de adecuados, de acuerdo a los parámetros establecidos (47, 48). Es importante destacar que en los tratamientos (7, 9, 11, 13 y 15) donde se aplicó el humus de lombriz con fertilizante mineral, la vitamina C no presentó diferencias significativas y cuando se valoró los Solidos Solubles Totales (SST), tratamientos (9, 11 y 15), presentan el mismo rango de valores, debido probablemente a la presencia de estructuras semejantes a las giberelinas, en la composición del humus de lombriz y la acción de sustancias húmicas presentes, unido al posible efecto de los aminoácidos (49).
El acidez títulable y el pH se valoran como normales, de acuerdo a los parámetros establecidos (50). Por lo tanto, la utilización de estos productos ecológicos, mejoraron la calidad bromatológica de los frutos de tomate, con respecto a los parámetros de sólidos solubles totales (oBrix) y vitamina C.
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados, la combinación de HMA aplicado a través del biofertilizante comercial Ecomic® (25 esporas g-1) + humus de lombriz (1 kg m-2) al 50 % de la fertilización mineral en el cultivo del tomate bajo condiciones de cultivo protegido, ejercen un efecto positivo en el crecimiento, desarrollo y rendimiento del cultivo.
En relación a la calidad bromatológica, el contenido de sólidos solubles totales (oBrix) y la vitamina C aumentó significativamente, cuando se utilizó humus de lombriz, combinado con fertilizantes minerales. Lo que demuestra la factibilidad del empleo de la inoculación micorrízica y el aporte del humus de lombriz en la reducción de los fertilizantes minerales y en la mejora de la calidad biológica del tomate.
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Nelson J. Charles, Universidad Agraria de La Habana, Cuba. Email: nelsonm@unah.edu.cu
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