Tesis_completa_de_otani_[1][1].pdf

Facultad Ciencias Agropecuarias

Tesis presentada en opción al título académico de master en agricultura sostenible mención fitotecnia

Título: Evaluación de la biomasa del bambú (Bambusa Vulgaris Schrader Ex. Wendland) como una alternativa para la recuperación de suelos degradados. Aspirante: Ing. Otani Alvarez Alonso Tutor: Dr C. Pedro I. Cairo Cairo

2014 “Año 56 de la Revolución”

Pensamiento

Toda nuestra Ciencia comparada con la realidad, es primitiva e infantil, y sin embargo es lo más preciado que tenemos. Albert Einstein (1879 – 1955)

Resumen

Resumen La conservación del medio ambiente es uno de los problemas más graves que enfrenta la humanidad a nivel mundial, entre sus retos está reducir a niveles permisibles la degradación y contaminación de los suelos, así como recuperar la fertilidad de los ya degradados. El objetivo del trabajo consistió en evaluar la biomasa de bambú como una alternativa para la recuperación de suelos degradados. Se

caracterizaron los

sustratos elaborados a partir de la biomasa del Bambú. Se montó un experimento en condiciones controladas con 6 tratamientos y

4 réplicas, siguiendo un diseño en

bloques al azar con el objetivo de evaluar el efecto de 2 tipos de compost de bambú y el humus de bambú en comparación con el humus de lombriz y la fertilización nitrogenada sobre el suelo y el maíz (Zea mayz L.) como planta indicadora; se utilizó suelo Pardo mullido carbonatado (Hernández et al., 1999) a la profundidad de 0 – 20 cm en bolsas de polietileno de 1kg. Se seleccionó un área experimental representada por diferentes usos de suelo para estudiar el comportamiento de la especie de Bambú (Bambusa vulgaris Schrad) y los cambios en el suelo, a diferentes plantón. La biomasa de bambú por su composición

distancias del

presenta cualidades muy

sobresalientes para ser utilizados en el mejoramiento de los suelos y demuestra la factibilidad del uso del bambú de una manera integral incluyendo el aprovechamiento de su biomasa.

Índice

Índice ÍNDICE. No 1 RESUMEN. 2 1. INTRODUCCIÓN 3 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 4 2.1 Características e importancia de la especie bambú 5 2.2 Caracterización química de los abonos orgánicos 6 2.2 1 Metales pesados 7 2.2.2 Presencia de metales en el suelo 8 2.3 El suelo y su degradación 9 2.4 Uso y aplicación de los residuos orgánicos 10 2.4.1 La materia orgánica 11 2.4.2 Hojarasca 12 2.4.3 Humus de lombriz 13 2.4.4 Compost y efecto de su aplicación 14 2.5 Influencia de los residuos orgánicos sobre las propiedades físicas y químicas del suelo 15 2.6 Influencia de los residuos orgánicos sobre la microflora del suelo 16 2.6.1 Las bacterias 17 2.6.2 Los actinomicetos 18 2.6.3 Los Hongos 19 2.6.3.1 Hongos micorrízicos. 20 2.7 Bambú y desarrollo sostenible 21 2.7.1 Especies de interés 22 2.8 El bambú y su impacto ambiental. 23 3. MATERIALES Y MÉTODOS. 24 3.1. Ubicación del área de investigación 25 3.2 Caracterización química de residuos y abonos orgánicos. 26 3.3. Experimentos realizados, descripción y muestreos de suelo. 27 3.4. Análisis físicos y químicos del suelo 28 3.5. Análisis Microbiológico del Suelo 29 3.6. Evaluación de los indicadores morfofisiológicos de la planta indicadora (maíz) 30 3.7. Procesamiento estadístico 31 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 32 4.1. Caracterización química de la biomasa de bambú 33 4.2. Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre la microflora del suelo 34 4.3. Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre las propiedades físicas y químicas del suelo 35 4.4. Relaciones entre algunas propiedades del suelo en las condiciones de estudio 36 4.5. Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre los parámetros morfofisiológicos de la planta indicadora

Pág. 1 4 4 5 6 7 10 13 13 15 15 16 18 19 20 20 21 22 23 23 25 27 27 27 28 30 31 32 33 34 34 38 43 45 49

Índice 37 38 39 40 41 42 43 44 45

4.6. Evaluación del impacto del establecimiento del bambú sobre las propiedades del suelo 4.6.1 Efectos de la biomasa del bambú sobre la materia orgánica 4.6.2. Efectos de la biomasa del bambú sobre el factor de estructura 4.6.3 Efectos de la biomasa del bambú sobre el Límite Inferior de Plasticidad y el Índice de Plasticidad 4.7. Análisis económico ambiental 5. CONCLUSIONES 6. RECOMENDACIONES 7. BIBLIOGRAFÏA 8. ANEXOS

51 51 53 55 58 61 62

Introducción

Introducción

1. INTRODUCCIÓN. En el mundo actual los problemas de la conservación de la naturaleza a menudo se relegan a segundos y terceros planos. No obstante, estos problemas pueden limitar el desarrollo futuro de la sociedad humana, puesto que trae consigo la imposibilidad de abastecer a la humanidad con productos alimenticios a la vez que produce un daño irreparable para los componentes más importantes de nuestro medio ambiente natural. La conservación del medio ambiente es uno de los problemas más graves que enfrenta la humanidad en la actualidad a nivel mundial.

La contaminación

ambiental, la desertificación, la pérdida de biodiversidad y los cambios climáticos permanecen como evidencias de que el hombre no ha sido conocedor de su propia naturaleza y se requiere de cambios a corto, mediano y largo plazo (Altieri, 2009). Entre los retos más importantes se encuentra disminuir a niveles permisibles la degradación y contaminación de los suelos, así como recuperar la fertilidad de los ya degradados. A nivel mundial

la degradación afecta considerables superficies de tierras.

Actualmente, se realizan diversos esfuerzos con el fin de rescatar su productividad y fertilidad a través de tecnologías que faciliten la asimilación de algunos nutrientes y disminuyan los signos de degradación que aún persisten. En este sentido, los materiales orgánicos favorecen las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos, gracias a que aportan nutrientes, además de influir en la estructura. En nuestros días nos enfrentamos a una situación donde el reto fundamental es producir alimentos de manera sostenible. Los fertilizantes orgánicos son productos naturales que incrementan la disponibilidad de nutrientes en el suelo y generan sustancias que estimulan el crecimiento vegetal, lo que se revierte en una agricultura más orgánica y sustentable, además repercute positivamente en el equilibrio de las poblaciones microbianas que habitan el mismo (Rodríguez et al., 2007). La reforestación con bambú puede dar una significativa contribución a aliviar los urgentes problemas ambientales que sufre nuestro planeta, y en específico Cuba. 1

Introducción En nuestro país, se ha incrementado la conciencia ambiental y se han tomado decisiones acerca de cambiar el modo de actuar para mejorar cualitativamente los suelos y con ello la agricultura en sentido general, a tenor de esto, se han incorporando áreas a la actividad forestal las cuales, generalmente, son suelos que en algún grado tienden a la degradación debido a la actividad intensiva a la que han estado

sometidos. Con el establecimiento de especies forestales

proporcionaremos a estos suelos mejores características, gracias al contenido de nutrientes que incorporan los árboles y las cualidades físicas que aportan como formadores y protectores de suelo. Especies de Bambú como Guadua angustifolia Kunth contribuye a la disminución de la erosión de los suelos y a su protección y conservación, al tener más de 20,0 kg de raíces que detienen la capa vegetal, propicia la regulación hídrica almacenando hasta 30 000 l.ha-1 de agua y eleva el contenido de materia orgánica al aportar unas 30 t.ha-1 de biomasa (Botero, 2004). Es conocido que la especie Bambusa vulgaris Schrader ex Wendland realiza una buena

contribución de

biomasa entre 20 y 33 t.ha-1. La mayor utilidad del conocimiento del rendimiento de biomasa total de la referida especie obedece a su gran adaptación a nuestras condiciones y está dirigida actualmente a la protección del medio ambiente y a la complementación alternativa de la producción de madera y energía (López 2008). Estas plantas con su gran diversidad de géneros y especies permiten contribuir a la solución de importantes problemas que tienen que ver con la conservación de los suelos y la producción de alimentos humano y animal a partir del conocimiento del rendimiento y sus componentes expresados por el valor de su biomasa total. Alfonso y Carrobello (2002) plantearon que de los suelos agrícolas cubanos el 76,8 por ciento están afectados por diferentes procesos de degradación, donde se conjugan factores de diversa índole que limitan el rendimiento de los cultivos a valores inferiores a un 70 %. El 30,8 % del total están clasificados en la categoría de pocos productivos, mientras que el 46 %, se consideran muy pocos productivos. Esta situación con el paso del tiempo se ha ido agravando ya que, según Rodríguez (2013) existen 2.9 millones de hectáreas en Cuba afectadas por la erosión mientras que el 70 % de la superficie agrícola del país permanece baja de materia orgánica. 2

Introducción De la superficie total de los suelos solo el 22% son suelos con potencial productivo alto mientras que la dinámica de formación de suelos es de 6 a 8 t .ha-1 al año. Actualmente el Plan de Desarrollo Forestal hasta el 2015 en la provincia de Villa Clara tiene entre sus objetivos lograr una cobertura boscosa del 27 %. (SEF, 2010). Para lograr este objetivo se ha elaborado un plan de reforestación por especies, donde se destacan varias especies entre ellas tenemos el genero Bambusa, dado a los beneficios ambientales y sociales de esta especie sobre el ecosistema. Nuestras áreas productivas con el uso intensivo de los suelos y la fertilización química tienen una tendencia a la degradación por lo que el problema científico de esta investigación radica en: como contribuir a la recuperación de suelos degradados mediante el empleo de la biomasa de bambú. Por lo antes expuesto, se formula la siguiente hipótesis de trabajo: Hipótesis El empleo de la biomasa de bambú por sus características puede contribuir como una alternativa en la recuperación de suelos degradados. Objetivo general Evaluar

la biomasa de bambú mediante la caracterización física, química y

microbiológica, como una alternativa para la recuperación de suelos degradados. Objetivos Específicos 1. Caracterizar la composición química de abonos orgánicos a partir de la biomasa del bambú. 2. Evaluar bajo condiciones controladas el efecto

de los abonos orgánicos de

residuos de bambú sobre las propiedades físicas, químicas y microbiológicas del suelo, estableciendo las relaciones entre ellas. 3. Evaluar bajo condiciones controladas el efecto de los abonos orgánicos de residuos de Bambú sobre los parámetros morfofisiológicos de la planta indicadora. 4. Determinar el impacto del establecimiento del bambú sobre algunas propiedades del suelo. 3

Revisión Bibliográfica

Revisión Bibliográfica 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 2.1 Características e importancia de la especie bambú Dentro de los bambúes el género Bambusa se destaca por su gran importancia desde el punto de medioambiental y tiene especies de gran interés económico como Bambusa vulgaris Schrader ex Wendland, conocido como bambú común o simplemente bambú. Es un tipo de bambú alto, sin espinas que forma macizos que comparten rizomas. La especie sobresale dentro del género por sus propiedades físico - mecánicas y por el tamaño de sus culmos; que alcanzan hasta 20 metros de altura y 15 centímetros de diámetro. Es originaria probablemente del Asia tropical. Es el bambú más cultivado en el trópico y en el subtrópico, en la rivera de los ríos y como planta ornamental en las ciudades. En América, B. vulgaris se ha adaptado a diversos tipos de suelos y de climas, desde México hasta Uruguay, y en las Islas del Caribe (Das et al., 2008 citado por Alfonso (2013). El bambú es el recurso más renovable para detener la deforestación del planeta por tener grandes atributos: es la planta de mayor crecimiento, es un protector del medio ambiente, ya que es un procesador de bióxido de carbono (12 t ha-1), mucho más eficiente que la mayoría de árboles del bosque tropical por lo que los bosques de bambú colaboran en la reconstrucción de la atmósfera ofreciendo un aire de mayor calidad (Scaglione, 2004). El bambú contribuye a la recuperación y conservación de los suelos, eliminando la erosión del mismo. Cuando es plantado en cuencas hidrográficas de ríos, lagunas, etc. En invierno toma agua para almacenar tanto en sus raíces como en su tallo, y luego por efecto de concentración, el agua es regresada nuevamente al caudal de los ríos y quebradas en épocas secas, evitando la formación de cárcavas y disminuyendo las pérdidas de agua por evaporación (Álvarez et al., 2003). El bambú de tipo leñoso tiene rápido crecimiento, sus tallos (culmos) son capaces de crecer de 10 a 20 cm/día preferentemente de noche, el diámetro del culmo al emerger de la tierra es el mismo que tendrá de por vida (Betancourt et al., 2007). Los culmos están formados por nudos y entrenudos, donde tiene lugar el nacimiento de las hojas. Los entrenudos son mayormente huecos y el espesor de sus paredes

4

Revisión Bibliográfica varía entre especies y disminuye desde la base hacia el ápice. Las ramas se desarrollan en las yemas de los nudos, pueden ser espinosas o apiladas. Las hojas del culmo, llamadas caulinares, son diferentes de las que crecen en las ramificaciones (Betancourt et al., 2007). 2.2 Caracterización química de los abonos orgánicos Según Rodríguez (2003) la aplicación de materia orgánica al suelo permite reciclar cantidades importantes de nutrientes y produce altos niveles de actividad biológica. La materia orgánica ejerce el papel central en el almacenaje de los nutrientes y su liberación en forma asimilable para las plantas (Crespo y Fraga, 2003). Ella no solo resulta un factor de gran importancia en el suministro de nutrientes sino también en la formación de la estructura del suelo así como la eficiencia de la fertilización nitrogenada (Pineda, 2002). La materia orgánica constituye solo un por ciento del peso del suelo. También forma parte del ciclo del Nitrógeno, Fósforo y Azufre, resultando un elemento favorecedor en la composición química, física y biológica del suelo (Vicente, 2003). La materia orgánica fija iones de la solución del suelo los cuales quedan débilmente retenidos, están en posición de cambio, evita por tanto que se produzcan perdidas de nutrientes en suelo, por lo tanto una buena reserva de nutrientes influyen en el estado de dispersión / floculación del suelo y es un agente de alteración por su carácter ácido. [Fernández et al., (2003) citado por Ríos (2010)]. Investigadores como [Vázquez (2003); Cairo (2000); Pineda (2002) y Rodríguez (2002)] plantean que la materia orgánica y los sustratos orgánicos han actuado de manera eficaz en la agregación y cementación de las partículas a través del Fe3+, el Ca 2+ y las arcillas.

5

Revisión Bibliográfica

2.3 .1 Metales pesados El efecto que su aplicación provoca en el suelo depende de, factores propios del compost (donde el tipo de material que le da origen y su estado de maduración parecen ser los de mayor relevancia) y de las condiciones edafoclimáticas donde es aplicado. En general, la composición del compost puede ser muy variable y como ejemplo de ello se tienen los datos presentados en el tabla 1, donde se muestran los rangos obtenidos para distintos parámetros.

Estos fueron medidos en compost

preparados a partir de residuos sólidos urbanos (Rivero de Trinca, 1999). Para compost provenientes de lodos, se han indicado valores cercanos o comprendidos en los rangos mencionados, solo que les atribuye contenidos importantes de metales pesados. Ver los valores frecuentemente señalados en la literatura para este tipo de materiales.

Tabla 1. Composición del compost de residuos urbanos, rangos para cada variable [Adaptado de Nogales, 1993 por Rivero de Trinca, 1999].

Variable

Rango

Materia orgánica (g K-1) -1

200 – 600

Ácidos húmicos (g K )

6 – 70

Ácidos fúlvicos (g K-1)

1 – 100

N total (%)

0,4 – 1,8

P total (%)

0,15 – 0,50

S total (%)

0,3 – 0,9

K (%)

0,25 – 1,0

Ca (%)

2 – 12

Mg (%)

0,5 – 2,5

pH

7,0 – 8,5

Conductividad (mS cm-1)

6 – 15

Densidad aparente (g cm-3)

0,5 – 0,7

6

Revisión Bibliográfica Los compost obtenidos a partir de residuos vegetales o estiércoles presentan valores generales similares a los indicados en la tabla 1, pero no se ha señalado la presencia de metales pesados en cantidades que pudieran inducir preocupación alguna. En el caso de aquellos que provienen de desechos de la industria maderera se ha señalado como un problema importante el contenido de sustancias inhibidoras de la actividad biológica del suelo (Basham, 1980 citado por Rivero de Trinca, 1999).

2.2.3 Presencia de metales en el suelo En la tabla 2 se ilustra las concentraciones usuales de algunos de estos elementos en suelos y tejidos vegetales (Rivero de Trinca, 1999). Concentraciones muy elevadas de los micronutrimentos pueden transfórmalos en elementos tóxicos. El límite entre el nivel de suficiencia y el de toxicidad de estos elementos es muy estrecho. Los metales pesados, en cambio resultan tóxicos, aun a concentraciones muy bajas. El nivel usualmente bajo, de estos elementos en el suelo, se ha visto incrementado en las últimas décadas, debido a que muchos de ellos son subproductos de la gran actividad urbano – industrial que caracteriza al mundo actual.

Tabla 2. Contenidos de metales pesados en un compost de lodos residuales [Adaptado de Bigeriego (1993) citado por Rivero de Trinca (1999)].

Elementos

Concentración (mg kg-1)

Fe

1.67

Cu

542

Pb

553

Cr

946

Zn

1676

Ni

72

Cd

22

7

Revisión Bibliográfica En relación a los riesgos de uso de materiales que aporten cantidades importantes de estos elementos al suelo, se indica que los metales pesados contenidos en lodos expresan sus efectos nocivos sobre los cultivos en función de la solubilidad de las formas químicas que los portan, de la reacción del suelo y de la desaparición de la materia orgánica de éste; además tienen efectos nocivos sobre los microorganismos del suelo, ya que provocan una fuente disminución de las poblaciones de los mismos modificando también su composición Hani et al., (1996) citado por Rivero de Trinca (1999)]. En suelos venezolanos [Anzola y Rivero (1997) citado por Rivero de Trinca (1999)] demuestran que lodos provenientes de las industrias de cerveza y papel aportan metales pesados tales como Zn, Cd, Pb, Ni y Cu. El contenido de metales pesados constituye hoy el problema fundamental de los abonos orgánicos producidos a partir de los Residuales Sólidos Urbanos para su utilización. Valores por encima de los límites permisibles pueden provocar consecuencias desfavorables para el agroecosistema al contaminar la capa superficial de los suelos de cultivo, introducir procesos de fitotoxicodad en la planta, introducirse en la cadena trófica y provocar toxicidad en animales y seres humanos, contaminar por migración a través del perfil del suelo las aguas subterráneas y por escorrentía y erosión las aguas superficiales terrestres. García et al., (2008) cuando estudiaron el humus de lombriz de Residuos Sólidos Urbanos encontraron concentraciones elevadas de microelementos esenciales para las plantas Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Cobre (Cu) y Zinc (Zn) pudiendo ser considerados como biocorrectores de micronutrientes de suelos deficientes. Sin embargo, la presencia y magnitud del Plomo (Pb) y Zinc (Zn) en el humus producido avizora

sobre la

generalización de su uso como abono orgánico. De seguro estos valores están dados por la mezcla de residuales putrescibles con materiales de alto contenido de estos elementos contaminantes como latas baterías etc.

8

Revisión Bibliográfica

Tabla 3. Concentraciones de metales pesados en suelos y tejidos vegetales en mg kg-1. [Adaptado de Riffaldi y Levi – Minzi (1989) por Rivero de Trinca (1999)].

Elementos

Suelos

Vegetales

Mínimo

Máximo

Mínimo

Máximo

Cd

0,01

2,0

0,20

0,8

Co

0,05

65,0

0,05

65,0

Cr

5,00

1 500,0

0,20

1,0

Cu

2,0

25,0

4,00

15,0

Hg

0,01

0,5

0,015

-

Mn

10,0

10 000,0

15,00

100,0

Ni

2,0

750,0

1,00

-

Zn

1,00

900,0

8,00

100,00

Pb

2,00

300,3

0,01

10,0

Tabla 4. Concentraciones de microelementos y metales pesados en humus de residuales sólidos urbanos. [García et al., (2008)].

Elementos

Concentraciones (mg kg-1)

Fe

30 821

Mn

767.6

Cu

191.2

Zn

1186.9

Pb

291.5

Ni

51.2

Cd

Nd

9

Revisión Bibliográfica 2.3 El suelo y su degradación El suelo puede ser considerado un recurso no renovable, pues su formación es un proceso muy lento. Proporciona un medio para sostener las raíces de las plantas, pero es también un ecosistema complejo sobre el que nuestros conocimientos son aún muy limitados. Un suelo agrícola productivo está lleno de vida, con millones de organismos que interactúan química y físicamente con su entorno. Estos procesos regulan la liberación de nutrientes, de minerales y materia orgánica para alimentar a las plantas, así como la capacidad de adaptación de los cultivos a los riesgos inherentes a cualquier sistema agrícola, que son generalmente más simples e inestables que los sistemas naturales. Un suelo vivo tiene una mejor estructura y puede absorber y retener más agua y aire que un suelo estéril. Por todo ello, una producción ecológica responsable comienza por el mejoramiento del suelo (Ugáz, 2007). Con el propósito de elevar los rendimientos, desde hace décadas se ha generalizado el uso de fertilizantes químicos y de productos que contaminan el medio ambiente, unido a la erosión, la intensificación de la agricultura y la mecanización han deteriorado la estructura natural de los suelos. El incremento de la

producción

de

alimentos

tendrá

que

ir

acompañado

de

tecnologías

conservacionistas que protejan la tierra, el medio y que se permita la restauración de ecosistemas y suelos degradados por el intenso uso agrícola (Lal, 2000). En la actualidad escasea la materia prima para la producción de fertilizantes y los precios se incrementan, por lo que obtener una alta eficiencia se hace cada vez mas difícil, especialmente en las condiciones naturales del trópico, en que encontramos abundantes lluvias, y características de los suelos donde aumentan las perdidas de fertilizantes por diferentes vías, causando pobre utilización de los mismos (Cabrera y Bouzza, 1999; Colás, 2007). Cuando se utilizan sistemas de tratamientos en los suelos, ya sean químicos o mecánicos, con el fin sólo de producir y elevar los rendimientos de las cosechas, se producen cambios sustanciales en las condiciones de vida de la microflora edáfica, con destrucción de las asociaciones microbianas y cambios de su actividad funcional y bioquímica. El fenómeno que resulta de estas alteraciones ecológicas, es la degradación paulatina de la fertilidad de los suelos debido fundamentalmente a 10

Revisión Bibliográfica la pérdida de la materia orgánica (en cantidad y calidad), la obtención de productos cada vez con menor calidad para su consumo y la contaminación del ambiente. (Martínez et al., 2003). Todos estamos concientes de que hay mucho por hacer y que nuestros suelos están empobrecidos, como consecuencia de las deficientes prácticas agrícolas, pero así mismo si cambiamos nuestra manera de actuar e investigamos nuevas maneras de producir en base a la utilización de abonos orgánicos como los Bokachis, bioles, compost, humus de lombriz, uso de plaguicidas, fungicidas, herbicidas naturales, podríamos obtener rendimientos altos (Monografías.com, 2003). La degradación antrópica de las tierras es un proceso dinámico que puede ser reversible, dentro de límites marcados por la posibilidad de recuperación del suelo, sustrato fundamental prácticamente no renovable, dada la longitud del periodo necesario para esa recuperación. Se podría decir que, prácticamente, todos los problemas ambientales son teóricamente reversibles, a excepción de la pérdida de los recursos genéticos y del suelo. Cuando la degradación de la tierra alcanza un estado irreversible, se dice que se ha desertificado, dando, en ocasiones, la falsa impresión de un proceso abrupto, cuando más bien es gradual y puede ocurrir en cualquier condición climática, en donde son aplicables todos los conceptos y acciones relativos a la desertificación (Congreso de la Unión, 2001). El suelo como medio imprescindible de producción es el objeto de trabajo del hombre y el cuerpo natural para los procesos de crecimiento y desarrollo de las plantas, constituye un sistema con componentes y funciones múltiples. Desde un enfoque ecológico, el subsistema suelo es el lugar principal para el proceso de descomposición, fundamental para la reobtención y reciclado de nutrientes que aseguren otro gran proceso vital: la producción de biomasa vegetal. Como tal, el subsistema suelo bajo la Agroecología incluye la disponibilidad y flujo balanceado de nutrientes, el manejo de la materia orgánica, y la actividad biológica del suelo (Águila, 2008). Más reciente aún resulta el concepto de la salud de suelo, que percibe al mismo como un sistema vivo. La propuesta científica del concepto de la salud del suelo es que, aunque la medición de parámetros físicos y químicos sirve como una manera práctica para saber la condición actual de un suelo, el progreso en el entendimiento 11

Revisión Bibliográfica de las interacciones entre intervenciones humanas en el manejo y la capacidad de este para responder depende en las perspicacias sobre su funcionamiento como un subsistema integrado del agroecosistema (Kibblewhite et al., 2008). El subsistema suelo tiene varios funciones dentro del agroecosistema. Según Águila (2008) sus funciones incluyen la producción de biomasa, el hábitat biológico y reserva genética, el medio físico e histórico de muchas de las interacciones del sistema, la fuente de materias primas, y la filtración, amortiguación, y transformación de las materias del agroecosistema. Desde tiempos antiguos, el concepto de la fertilidad del suelo ha sido entendido por productores y científicos como la capacidad del suelo para producir cultivos en las cantidades y calidades deseadas. Aunque la fertilidad del suelo ha sido entendida en ocasiones como la disponibilidad de nutrientes en el suelo, hoy se entiende también como la estructura, la textura, y el contenido de materia orgánica en el suelo. En las décadas recientes, ha surgido el concepto de la calidad de suelo, que amplía la idea de fertilidad por incluir dentro de su concepción a todos los servicios ambientales que brinda el suelo a la calidad de vida humana, incluso agua limpia, alimentos sanos, y hasta recreación.

Generalmente, el concepto de calidad de

suelo ha sido vinculado con la agricultura sostenible (Yera, 2011). El suelo es consecuencia de la naturaleza, constituye el hábitat de las plantas, que a la vez favorecen su desarrollo y además es el medio de mayor importancia en el desarrollo de los cultivos. Constituye el elemento indispensable donde se aplicarán los fertilizantes ecológicos, ya que son ellos el sostén y el sustento de los cultivos agrícolas, las propiedades de los suelos determinan, en última instancia, que un sistema de cultivos se pueda desarrollar de manera sostenible en ellos y que demanda de nutrientes requieren las plantas para proporcionar rendimientos adecuados (Muñiz, 2001). Un suelo está compuesto de una parte mineral y de una parte orgánica, así como de agua, gas y de organismos vivientes. La parte mineral de un suelo está constituida por fragmentos de roca madre de alteración y de talla variables, inactivos químicamente, de elementos coloidales de un diámetro inferior a 2 micrómetros – en gran parte arcillas que juegan un papel importante en la absorción del agua y la

12

Revisión Bibliográfica fijación de iones minerales, fuentes de nutrición mineral para las plantas (Alegre et al., 2000). 2.4 Uso y aplicación de los residuos orgánicos La importancia fundamental de su necesidad en las tierras obedece a que los abonos orgánicos son fuente de vida bacteriana del suelo sin la cual no se puede dar la nutrición de las plantas. Para aprovechar la aplicación de los minerales contenidos en los fertilizantes, las plantas requieren que se los den "listos" para asimilarlos y esto solo es posible con la intervención de los millones de microorganismos contenidos en los abonos orgánicos que transforman los minerales en elementos "comestibles" para las plantas, de ahí la importancia de utilizarlos conjuntamente. Dicho de manera concreta, sin abonos orgánicos no hay proceso alimenticio aunque se apliquen fertilizantes, y lo que es peor aún, si no son aprovechados los minerales adicionados de los fertilizantes éstos se convierten en sales insolubles y lejos de ayudar al desarrollo de las plantas las deprime, abate y mata. Los abonos (de origen orgánico) actúan aumentando las condiciones nutritivas de la tierra pero también mejoran su condición física (estructura) y aportan materia orgánica, bacterias beneficiosas y (en ocasiones) hormonas y por supuesto también fertilizan. Los abonos actúan más lentamente que los fertilizantes pero su efecto es más duradero y pueden aplicarse mas frecuentemente pues no tienen secuelas perjudiciales, Los abonos también calientan la tierra; en tierras donde no hay presencia orgánica suficiente, estas son frías y las plantas crecen poco y mal; por el contrario, en tierras porosas por la aplicación constante de abonos orgánicos, se tornan calientes y favorecen el desarrollo de las raíces, principal vía de nutrición de plantas y pastos. (Abonos Orgánicos, 2010). La sustitución de fertilizantes minerales por abonos orgánicos permite aumentos productivos sostenibles económicamente, reducen la contaminación del suelo y del manto freático y favorecen las condiciones para el desarrollo de la biota del suelo y sus propiedades hidrofísicas y químicas. (Pérez et al., 2007) 2.4.5 La materia orgánica La degradación de ecosistemas naturales o agroecosistemas, que se manifiesta visualmente en la pérdida de la cubierta vegetal o en el descenso de la productividad agrícola, está asociada con cambios importantes en la calidad del 13

Revisión Bibliográfica suelo (pérdida de la estructura, incremento de la erosión, pérdida de nutrientes asimilables y materia orgánica (Jiménez y Lamo, 1998). El uso de materia orgánica se ha convertido en la base para el desarrollo de agricultura orgánica. Sin embargo, es un error considerar que agricultura orgánica es simplemente “no usar productos sintéticos”. La agricultura orgánica debe considerar dos aspectos esenciales: (a) la diversidad estructural y de procesos, y (b) el manejo ecológico del suelo y nutrición (Brenes, 2003). La materia orgánica es un componente muy estudiado pero todavía no completamente entendido del suelo. Está claro que la materia orgánica es la fuente principal de carbono al agroecosistema, pero también juega un papel importante en el ciclo de varios micronutrientes vitales a las plantas, la conservación del suelo, la fuente nutritiva de los microorganismos del suelo, y el reciclaje de las materias del agroecosistema. La materia orgánica es el subsistema del suelo más sensible a cambios de manejo del agroecosistema, se divide en sustancias húmicas y no húmicas, con estas últimas más disponibles como fuente nutritiva a las plantas mientras las sustancias húmicas contribuyen a la génesis y estabilidad de la estructura del suelo (Águila, 2008). Julca et al., (2006) plantean que es necesario trabajar en el manejo ecológico del suelo como una herramienta importante de la agricultura orgánica. Desde este ángulo es preciso actuar de tal forma que exista un aumento del contenido de la materia orgánica, lo cual a su vez tendría un efecto positivo sobre la biología del suelo. Bloem (1994) ha señalado que para reducir las pérdidas y facilitar el uso óptimo del N mineralizado por el cultivo en crecimiento, es necesario conocer el efecto del manejo de las fincas sobre los organismos del suelo y el ciclo del nitrógeno. Además, estos efectos ayudarían a reducir los problemas ambientales, porque permitirían una reducción considerable de la fertilización nitrogenada, debido a una alta mineralización del N, desde la materia orgánica. Se ha reportado que los suelos tropicales bajo vegetación forestal muestran contenidos de carbono orgánico y nitrógeno total significativamente más altos que los suelos con vegetación tropical de sabana en una profundidad de 0-15 cm; mientras que la relación carbono nitrógeno es más baja en los primeros que en los segundos (Cairo y Fundora, 2005). La materia orgánica contribuye a aumentar 14

Revisión Bibliográfica sensiblemente la porosidad (la cual es un resultado de la textura, estructura y la actividad biológica del suelo), es decir, son los suelos ricos en elementos coloidales los que tienen la mayor porosidad, siendo este uno de los principios de determinación de la estabilidad estructural, junto a los agregados estables, debido a su alto contenido de materia orgánica y la presencia de hierro o calcio. 2.4.6 Hojarasca El follaje de las plantas y sus residuos cubren el suelo y lo protegen de los cambios bruscos de temperatura y humedad y de los efectos de las gotas de lluvias, lo que favorece la infiltración en detrimento de la escorrentía, reduce la erosión y los riesgos de inundación [Cairo y Fundora (2005) y Febles et al., (1996) citados por Yera, (2011)]. Los residuos vegetales, tanto el follaje como la raíz, proporcionan la base alimentaria de los microorganismos del suelo, que son uno de los principales factores agregantes (Cairo y Fundora, 2005). Las plantaciones de Bambú ayudan a la conservación de cuencas hidrográficas al regular los caudales de agua con una cubierta protectora y una capa de residuos orgánicos, producto de la caída del follaje, lo mismo reduce la escorrentía superficial, evitando la erosión (Torres, 2010). 2.4.7 Humus de lombriz El humus tiene efecto sobre las propiedades físicas del suelo, formando agregados y dando estabilidad estructural, uniéndose a las arcillas y formando el complejo de cambio, favoreciendo la penetración del agua y su retención, disminuyendo la erosión y favoreciendo el intercambio gaseoso. Cuando se refiere al efecto sobre las propiedades químicas del suelo, los autores mencionan que aumenta la capacidad de cambio del suelo, la reserva de nutrientes para la vida vegetal y la capacidad tampón del suelo favorece la acción de los abonos minerales y facilita su absorción a través de la membrana celular de las raicillas. Y en cuanto a su efecto sobre las propiedades biológicas, favorece los procesos de mineralización, el desarrollo de la cubierta vegetal, sirve de alimento a una multitud de microorganismos y estimula el crecimiento de la planta en un sistema ecológico equilibrado. Estos efectos de la materia orgánica también han sido sugeridos por otros autores [Anónimo (1988) y Graetz (1997)].

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Revisión Bibliográfica Para Jhonstom (1991) la cantidad de humus en el suelo depende de muchos factores, tales como la incorporación de nuevos restos orgánicos al suelo y su velocidad de oxidación química y biológica, la velocidad de descomposición de la materia orgánica existente ya en el suelo, la textura del suelo, la aireación, humedad y los factores climáticos. Las prácticas de manejo del cultivo también pueden tener un efecto sobre este parámetro, ya que el empleo de abonos minerales acelera la descomposición de la materia orgánica en el suelo. Esto es una manifestación del crecimiento de la actividad biológica, que se traduce en la práctica en una mejora de la fertilidad y los rendimientos (Gros y Domínguez, 1992). 2.4.8 Compost y efecto de su aplicación El compostaje es un proceso de descomposición oxidativa de los constituyentes orgánicos de los materiales de desecho, que se lleva a cabo bajo condiciones controladas sobre sustratos sólidos orgánicos heterogéneos, originando un producto que representa grandes beneficios cuando es adicionado al suelo. (Peña, 2002). El compost es considerado como un material biológicamente activo, resultado de la descomposición de la Materia Orgánica bajo condiciones controladas. Es utilizado para promover el reciclaje de nutrientes el mejoramiento del suelo y el crecimiento de los cultivos. Al aplicarlo los microorganismos que se encuentran en el suelo continúan los procesos de degradación de la Materia Orgánica. (Funes-Monzote, 2008) Cairo et al., (1995) en experimentos bajo condiciones controladas arribaron a la conclusión de que las aplicaciones de compost solo o combinado con zeolita aumenta significativamente el % de Materia Orgánica, el P O asimilable, el % de 2

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Agregados Estables, la Permeabilidad, el Límite Inferior de Plasticidad y el Factor Estructura. El compost, además de proveer nutrientes a las plantas, mejora las condiciones físico-químicas y biológicas de los suelos. La aplicación de este fertilizante ayuda al incremento de nitrógeno en los cultivos, en el equilibrio de la mineralización de los compuestos nitrogenados y en la descomposición del material fibroso (Ramos y Pérez, 2009). El compostaje, es una técnica practicada desde hace mucho tiempo por los agricultores, como una manera de estabilizar estiércoles y otros residuos orgánicos 16

Revisión Bibliográfica con la finalidad de utilizarlos como abonos, es un proceso aeróbico de transformación de los residuales sólidos orgánicos, que implica el paso por una etapa termófila y origina al final dióxido de carbono, agua y minerales, como productos de los procesos de degradación, así como una materia orgánica estabilizada, libre de fitotoxinas, y dispuesta para su empleo en la agricultura (Quiñones, 2008). Según Monografias.com (2003) entre los beneficios del compostaje se incluyen: a) Acondicionamiento del suelo: La utilización del compost como enmienda orgánica o producto restituidor de materia orgánica en los terrenos de labor tiene un gran potencial e interés en nuestro país, ya que la presencia de dicha materia orgánica en el suelo en proporciones adecuadas es fundamental para asegurar la fertilidad y evitar la desertización. Además, cabe comentar que la materia orgánica en el suelo produce una serie de efectos de repercusión agrobiológica muy favorable. b) Mejora las propiedades físicas del suelo: La materia orgánica contribuye favorablemente a mejorar la estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola (serán más permeables los suelos pesados y más compactos los ligeros), aumenta la permeabilidad hídrica y gaseosa, y contribuye a aumentar la capacidad de retención hídrica del suelo mediante la formación de agregados. c) Mejora las propiedades químicas: La materia orgánica aporta macronutrientes N, P, K y micronutrientes, y mejora la capacidad de intercambio de cationes del suelo. Esta propiedad consiste en absorber los nutrientes catiónicos del suelo, poniéndolos más adelante a disposición de las plantas, evitándose de esta forma la lixiviación. Por otra parte, los compuestos húmicos presentes en la materia orgánica forman complejos y quelatos estables, aumentando la posibilidad de ser asimilados por las plantas. d) Mejora la actividad biológica del suelo: La materia orgánica del suelo actúa como fuente de energía y nutrición para los microorganismos presentes en el suelo. Estos viven a expensas del humus y contribuyen a su mineralización. Una población microbiana activa es índice de fertilidad de un suelo. e) Facilita el manejo de estiércoles: El compostaje reduce el peso, el volumen, el contenido en humedad, y la actividad de los estiércoles. El compost es mucho más 17

Revisión Bibliográfica fácil de manejar que los estiércoles, y se almacena sin problemas de olores o de insectos y puede ser aplicado en cualquier época del año. Esto minimiza las pérdidas de nitrógeno y el impacto ambiental en el campo. f) Aplicabilidad al suelo: Tanto el compost como los estiércoles son buenos acondicionadores del suelo con valor fertilizante. Raaa (2005) y Cairo (2008) exponen que el compost tiene varios efectos en el suelo: Estimula la diversidad y actividad microbiana en el suelo. Mejora la estructura del suelo. Incrementa la estabilidad de los agregados. Mejora la porosidad total la penetración del agua, el movimiento a través del suelo y el crecimiento de las raíces. La actividad de los microbios presentes en el compost reduce la de los microbios patógenos a las plantas, como los nemátodos. Contiene muchos macros y micros nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Provoca la formación de humus, complejo mas estable de la materia orgánica que se encuentra solo en el suelo y es responsable de su fertilidad natural. 2.5 Influencia de los residuos orgánicos sobre las propiedades físicas y químicas del suelo La agricultura sostenible y el encarecimiento de los fertilizantes minerales, han propiciado un gran empleo de los abonos orgánicos en la agricultura, lo cual se debe a sus grandes posibilidades como mejoradores de las propiedades físicoquímicas del suelo, así como portadores de macro y micro elementos esenciales. (Pérez, 1997). El mejoramiento de las propiedades físicas del suelo, constituyen un elemento muy importante en defensa de una agricultura sostenible (Primavesi, 1990; Mann y Tollbert, 2000). La sustitución de fertilizantes minerales por abonos orgánicos permite aumentos productivos sostenibles económicamente, reducen la contaminación del suelo y del manto freático y favorecen las condiciones para el desarrollo de la biota del suelo y sus propiedades hidrofísicas y químicas. (Pérez et al., 2007) 18

Revisión Bibliográfica Se ha reportado que los suelos tropicales bajo vegetación forestal muestran contenidos de carbono orgánico y nitrógeno total significativamente más altos que los suelos con vegetación tropical de sabana en una profundidad de 0 – 15cm; mientras que la relación carbono nitrógeno es más baja en los primeros que en los segundos (Cairo y Fundora, 2005). La materia orgánica contribuye a aumentar sensiblemente la porosidad (la cual es un resultado de la textura, estructura y la actividad biológica del suelo), es decir, son los suelos ricos en elementos coloidales los que tienen la mayor porosidad, siendo este uno de los principios de determinación de la estabilidad estructural, junto a los agregados estables, debido a su alto contenido de materia orgánica y la presencia de hierro o calcio. 2.6 Influencia de los residuos orgánicos sobre la microflora del suelo Desde tiempos remotos los campesinos relacionan los estiércoles, las hojas podridas e incluso la “basura” de la casa con los abonos orgánicos, esto es correcto, pero subrayando que estos materiales biodegradables deben ser transformados por la acción de los microorganismos y del trabajo humano ya que tienen efecto sobre el suelo, pues mantienen la flora microbiana del suelo, mejoran las propiedades físicas e hídricas del mismo, posibilitan mayor cantidad de nutrientes, incrementan la calidad de las cosechas, elevan y estabilizan la fertilidad de los suelos, aumentan la composición nutricional de los productos agrícolas [ACTAF (2007) citado por Ribalta (2008)]. La parte orgánica de un suelo se presenta bajo dos formas: una forma bruta que contiene residuos vegetales o animales en descomposición y una forma humificada, o humus, que corresponde a los compuestos húmicos, cuerpos químicos complejos elaborados por las bacterias y hongos del suelo a partir de la descomposición de las células animales y vegetales [Lacoste y Salanon (1991) citado por Oramas (2010)]. Un suelo naturalmente fértil es aquél en el que los organismos edáficos van liberando nutrientes inorgánicos, a partir de las reservas orgánicas, con velocidad suficiente para mantener un crecimiento rápido de las plantas. La actividad biológica de los suelos es la resultante de las funciones fisiológicas de los organismos y proporciona a las plantas superiores un medio ambiente adecuado para su desarrollo. Pero la exigencia de los microorganismos edáficos en energía, 19

Revisión Bibliográfica elementos nutritivos, agua, temperaturas adecuadas y ausencia de condiciones nocivas es similar a la de las plantas cultivadas (Wild, 1992). Los suelos contienen una amplia variedad de formas biológicas, con tamaños muy diferentes, como los virus, bacterias, hongos, algas, colémbolos, ácaros, lombrices, nemátodos, hormigas y, por supuesto, las raíces vivas de las plantas superiores [Fassbender (1982) y Wild (1992)]. La importancia relativa de cada uno de ellos depende de las propiedades del suelo [Thompson y Troeh (1988)]. 2.6.1 Las bacterias Las bacterias son organismos procariotas unicelulares; la mayor parte de ellas presenta forma esférica cocos o de bastón bacilos y son importantes debido a que algunas realizan funciones específicas como la oxidación del amoniaco a nitratos, mientras que otras intervienen en el proceso general de descomposición de materiales orgánicos [Thompson y Troeh, (1988)]. El pH puede tener importancia en la retención de las bacterias en el suelo, según lo observado experimentalmente por Bitton et al., (1974). La mayor parte de bacterias y actinomicetos se desarrollan mejor a pH neutro y ligeramente alcalino; en cambio, los hongos se desarrollan a un pH más amplio (Fassbender, 1982). También existe la posibilidad que la materia orgánica por su carga negativa, adsorba y retenga a estos microorganismos de manera significativa (Goyal y Gerba, 1979). 2.6.2 Los actinomicetos Los actinomicetos son organismos procariotas filamentosos; sus hifas son cenocíticas, tienen el diámetro de las bacterias y de la arcilla gruesa y están con frecuencia ramificadas y entrelazadas, por lo cual son difíciles de contar (Thompson y Troeh, 1988). Nutricionalmente, se trata de un grupo muy adaptable, sus miembros son heterótrofos sin excepción y pueden utilizar una amplia gama de compuestos carbonados y nitrogenados, como polisacáridos, lípidos, hidrocarburos saturados, fenoles, proteínas y quitina. Son organismos típicamente aeróbicos, por lo que no suelen encontrarse en suelos encharcados, son más frecuentes en los suelos calientes que en los fríos y resultan muy poco tolerantes a la acidez (Wild, 1992). Los actinomicetos son menos numerosos que las bacterias y uno de los factores favorables para su presencia es la abundancia de calcio, que proporciona una 20

Revisión Bibliográfica condición neutra o ligeramente alcalina (Thompson y Troeh, 1988). Otro factor importante a tener en cuenta es la humedad; aunque los actinomicetos necesitan humedad para su crecimiento, sus esporas pueden soportar prolongadas sequías durante más tiempo que otros microorganismos, hasta el punto que puedan llegar a dominar la población edáfica (Wild, 1992). 2.6.3 Los Hongos Los hongos son componentes importantes de la microbiota del suelo, intervienen en procesos ecológicos tales como el reciclado de nutrientes y el mantenimiento de importantes relaciones simbióticas con plantas y bacterias (Jeewon y Hyde, 2007). Los hongos pueden representar el 70% de la población microbiana y constituyen el segundo de los dos grandes grupos de microorganismos del suelo. Todos son eucariotas heterótrofos y se incluyen entre las especies que necesitan nitrógeno, ya sea en forma de sales minerales o de compuestos orgánicos nitrogenados, pues están desprovistos de capacidad fijadora. Las especies edáficas presentan gran diversidad en cuanto a exigencias en sustratos carbonados, variando desde los que pueden utilizar hidratos de carbono, alcoholes y ácidos orgánicos sencillos hasta los que son capaces de descomponer compuestos polimerizados, como la celulosa y la lignina. Este es el caso de los que son parásitos obligados de los vegetales superiores o de los que han desarrollado una simbiosis obligada con determinadas plantas, como las micorrizas. Los saprófitos comunes en el suelo pueden ser eficaces transformadores de sustratos edáficos en tejidos microbianos. Algunos de ellos pueden asimilar entre el 30 y 50% del carbono presente en la materia orgánica que descomponen, lo que representa una tasa de conversión muy superior a la de las bacterias, que es del 5 al 20%. Esto significa que el crecimiento muy rápido de los hongos puede originar una elevada demanda del nitrógeno disponible en el suelo, aunque ésta puede quedar mitigada por su relación C/N, que es superior a la que presentan las bacterias. Algunos hongos pueden sintetizar compuestos polifenólicos, que se parecen a las formas encontradas en la fracción húmica del suelo, contribuyendo de esta manera a la formación de la materia orgánica evolucionada y estable. Generalmente toleran mejor las situaciones ácidas y el escaso suministro de calcio que otros microorganismos, y su presencia cuantitativa en los suelos ácidos es del mismo orden que en los neutros y suelen predominar en 21

Revisión Bibliográfica la

población

microbiana

de

los

suelos

forestales,

porque

los

restantes

microorganismos se hacen menos numerosos en condiciones ácidas. Además, los hongos

disponen

de

diversos

métodos

para

sobrevivir

durante

épocas

desfavorables, como el calor y la sequía del suelo (producción de esporas en cuerpos fructíferos, clamidósporas, esclerotes, etc.). Por otro lado, la excesiva humedad suele ser desfavorable para ellos (Wild, 1992). La población fungosa predomina en suelos ricos en restos vegetales, donde la competencia por alimentos y energía no es demasiado aguda, pero declinan rápidamente cuando desaparecen los materiales fácilmente degradables; en cambio, las bacterias persisten más tiempo y consumen a los hongos (Thompson y Troeh, 1988). La posibilidad de que predominen los hongos o el grupo bacterias actinomicetos depende de las condiciones locales, especialmente del pH y del contenido de humedad. Además, los mecanismos por los que los fragmentos de hifas y especialmente las conidias de los hongos no germinan o son estimulados al crecimiento, son complejos y en cierto modo aún falta aclarar. 2.6.3.1 Hongos micorrízicos. Los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) son microorganismos simbióticos que se asocian con las plantas e incrementan su tolerancia al estrés hídrico al modificar las tasas fotosintética y de transpiración, el potencial hídrico de hojas y suelo, la concentración de osmolitos, la eficiencia en el uso de agua y la asimilación de nutrimentos en el hospedero (Harris et al., 2009). Por su parte, estos hongos adquieren fotoasimilados de las plantas para su mantenimiento (Smith y Read, 2008). Los HMA tienen un efecto en las relaciones hídricas de la planta y del suelo en condiciones de estrés, que modifican la conductividad estomática, la tasa fotosintética y la transpiración en las plantas, mientras que los exudados fúngicos promueven la cohesión de las partículas del suelo e incrementan la retención de agua en el sustrato (Rillig y Mummey, 2006). Los suelos colonizados por HMA contienen más agregados estables al agua que los suelos carentes de HMA. El desarrollo de micelio extrarradical permite a las raíces tener un mayor acceso al agua del suelo y aumentar así su hidratación, lo

22

Revisión Bibliográfica que mejora el metabolismo vegetal aun en condiciones de estrés ambiental (Auge, 2004). 2.7 Bambú y desarrollo sostenible El Bambú es el recurso más renovable para detener la deforestación del planeta por tener grandes atributos: es la planta de mayor crecimiento, mucho más eficiente que la mayoría de los árboles del bosque tropical por lo que los bosques de bambú colaboran en la reconstrucción de la atmósfera ofreciendo un aire de mayor calidad. La reforestación con bambú puede dar una significativa contribución a aliviar los urgentes problemas ambientales que sufre nuestro planeta, y en específico en Cuba (Ganse, 2011). La subfamilia Bambusoideae (Gramineae-Poaceae) cuenta aproximadamente con 120 géneros y 1200 especies, divididos en herbáceos y leñosos. Los bambúes herbáceos

son menos numerosos y su valor es puramente taxonómico u

ornamental, y en algunos casos constituyen curiosidades botánicas, sin embargo, los leñosos (lignificados) son de gran interés por sus usos, rápido crecimiento y elevada capacidad de regeneración, pueden agruparse en trepadores o recostados, arbustivos y arborescentes (Catasús, 2003). El Bambú es muy útil en plantaciones con propósitos de conservación y protectora de las cuencas y riberas de los ríos y quebradas. Su acción es reguladora de la cantidad y calidad de agua, que devuelve a su caudal en épocas normales y secas. Es un gran productor de oxígeno y un gran retenedor de dióxido de carbono (Torres, 2010). Gracias a su sistema radicular (raíces) y su enorme efervescencia para desarrollarse, permite cubrir y restaurar al ecosistema dañado a causas de incendios, tala de bosques o deslizamientos de tierra en un lapso de aproximadamente ocho años porque reintegra gran cantidad de material orgánico producto de tallos y hojas muertas devolviendo nuevamente la fertilidad al suelo, ya que fija nitrógeno, fósforo, calcio, potasio y sílice. Es aquí donde el bambú es considerado como un gran fertilizador natural del suelo. 2.7.1 Especies de interés El género Bambusa representa uno de los más grandes recursos naturales renovables. Por sus excelentes propiedades físico-mecánicas, su resistencia al 23

Revisión Bibliográfica ataque de insectos, su belleza y por la diversidad de aplicaciones que se le dan; representa una valiosa alternativa económica que ha coadyuvado a mitigar la problemática social del campo en Cuba. Los bambúes arborescentes son todos foráneos, de ellos, solo Bambusa vulgaris se ha naturalizado a lo ancho y largo de Cuba, aunque existen poblaciones de B. tulda en poblaciones pequeñas mezcladas con

la anterior, las que son posible de diferenciar por sus culmos de mayor

diámetro (Catasús, 2003). Desde el punto de vista ecológico, la Bambusa vulgaris es una especie promisoria pues ayuda a la conservación de los recursos hídricos, protege generosamente los suelos de la erosión y brinda refugio a la fauna silvestre, mitiga la presión a los bosques brindando madera de excelente calidad, y además capta entre 7 a 15 tha-1 de CO2 anual (Álvarez et al., 2001; citado por Yera, 2011). A continuación se citan algunas especies leñosas de interés constructivo. Guadua angustifolia Kunth. Bambusa vulgaris Schareder ex Wendland. Bambusa tulda. Dendrocalamus asper Dendrocalamus strictus Nees. De las especies mencionadas anteriormente, la Bambusa vulgaris var. vulgaris es la de mayor abundancia y amplia distribución en Cuba, su porte es mediano (13 – 16 metros) y alcanza diámetros entre 8 y 10 cm (Betancourt et al., 2007). Hoy existen unas 30 variedades de Bambú en toda Cuba que se han adaptado a las condiciones ambientales del país (Catasús, 2003). Sin embargo, el por ciento de las plantaciones de bambú existentes es insignificante en comparación con otras especies encontradas en nuestros bosques , pues constituye solamente el 1% del patrimonio forestal cubano. En la proyección del desarrollo forestal de Cuba hasta el 2015 (Herrero, 2003) en el aspecto relacionado con la política de usos y diversificación de especies, el bambú se potencia como una alternativa no solo para disminuir la presión extractiva de

24

Revisión Bibliográfica madera de los bosques, sino también en otras múltiples contribuciones ambientales como la lucha contra la erosión de los suelos y la contaminación ambiental. 2.8 El bambú y su impacto ambiental. Un impacto ambiental es el daño que se puede causar sobre la flora o la fauna, el suelo, el agua, el aire o el clima y sobre el hombre mismo, incluido sus componentes culturales o económicos. (NC 521, 2007). Desde hace más de 20 años, el Centro de información sobre Agricultura Sostenible y de Bajos Insumos Externos (ILEIA) se ha preocupado por el desarrollo agrícola, particularmente el de los países del Sur, desde dos puntos de vista: el impacto ambiental de nuestro sistema de producción de alimentos, que socava la capacidad productiva del planeta, y la pobreza y marginación de los pueblos indígenas, comunidades rurales y agricultores de pequeña escala. Para evitar la degradación del ambiente, así como los efectos negativos sobre la productividad a largo plazo, la agricultura debe estar construida en principios ecológicos (Ugás, 2007). En un suelo de buena calidad se deben obtener cultivos sanos y de alto rendimientos, con un mínimo de impactos negativos sobre el medio ambiente. Es un suelo que también brinda propiedades estables al crecimiento y salud de los cultivos, haciendo frente a condiciones variables de origen humano y natural, principalmente las relacionadas con el clima, o sea, debe ser un suelo flexible y resistir el deterioro (Ascanio, 2004). El bambú desempeña un papel vital para la vida socio-económica de las comunidades que se benefician de su utilización y un impacto ambiental en el devenir de las mismas: es un recurso natural renovable a corto plazo con relación a otras maderas, biodegradable, con más de un millar de usos, con una enorme diversificación de productos: entre ellos como recurso de decoración y paisajismo; recuperador, conservador y estabilizador de suelos; regulador de sistemas hídricos; herramientas agrícolas; fuente de alimentación para seres humanos y animales; preservativo de alimentos e inhibidor de crecimiento bactérico; desodorante ambiental; fijador de dióxido de carbono; purificador de agua; deshumidificador; combustible vegetal, entre muchos otros (Scaglione, 2004) Las plantaciones de bambú ayudan a la conservación de cuencas hidrográficas al regular los caudales de agua con una cubierta protectora y una capa de residuos 25

Revisión Bibliográfica orgánicos, producto de la caída del follaje, lo mismo reduce la escorrentía superficial, evitando la erosión. Un tallo de bambú posee alrededor de 73 entrenudos con una capacidad para almacenar alrededor de cuarenta litros de agua y una hectárea puede almacenar hasta treinta mil trescientos setenta y cinco litros de agua (Torres, 2010). Las formaciones de bambú, además de los beneficios que provee al medio ambiente por la capacidad de su sistema radicular, conjuntamente con las hojas que aportan material vegetal al suelo, de formar suelos de mejor textura y capacidad de retención de agua, regulando la escorrentía y los caudales de los cuerpos de agua, en cuyas márgenes crecen normalmente. Las raicillas con el rizoma forman un sistema entretejido, dando la apariencia de una malla, los cuales amarran fuertemente el suelo, permitiendo su desarrollo en pendientes pronunciadas, evitando así la degradación y erosión del suelo (PERUBAMBU, 2007). Resultados concretos y actualizados del impacto ambiental del bambú en las condiciones de Cuba. (Martirena et al., 2011 citado por Yera, 2011): Reforestación de 5,990 ha de bambú, un 30% de ellas ubicadas en suelos no utilizables para otras producciones agrícolas, y un 70% en áreas de cuencas hidrográficas con afectaciones medioambientales. Secuestro de 436,800 t de CO2, que podrían generar ingresos en el orden de 28,13 millones de pesos (CHF 4,7 millones) según valores mundiales del mercado –voluntario- de créditos de carbono. Recuperación de 1,790 ha de suelo con alto nivel de deterioro por la sobreexplotación en plantaciones de caña de azúcar, o por efecto de la salinización. La agricultura moderna se enfoca hacia la sostenibilidad de los sistemas de cultivos agrícolas, donde no se degrada el medio ambiente y por lo tanto se mantenga la fertilidad del suelo. En nuestro país, para alcanzar un sistema sostenible de producción, la estrategia de sustitución de insumos necesita evolucionar hacia un enfoque de sistema de producción agroecológica. Solamente haciendo cambios de mayor alcance hacia sistemas agrícolas regenerativos que sustituyan a aquellos basados en insumos, aunque estos insumos sean biológicos u orgánicos, será posible incrementar la sostenibilidad a largo plazo (Funes, 2006).

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Materiales y Métodos

Materiales y Métodos 3. MATERIALES Y MÉTODOS. 3.1. Ubicación del área de investigación El estudio fue realizado en los laboratorios del Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP), en el Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA) y en la Estación Experimental Agrícola “Álvaro Barba Machado“, pertenecientes a la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. 3.2 Caracterización química de residuos y abonos orgánicos. A los efectos de este trabajo se ha considerado utilizar los siguientes términos: Biomasa del bambú, que incluye hojarasca, raíces y tallos del bambú, humus de bambú y compost elaborado a partir de la hojarasca que a la vez representan residuos y abonos orgánicos de la especie Bambusa vulgaris Schrader Ex. Wendland. El humus de lombriz y la hojarasca fueron tomados de regiones de la estación experimental Agrícola “Álvaro Barba Machado“, a partir de la hojarasca de bambú se elaboró el compost correspondiente. El humus de lombriz fue obtenido a partir de estiércol vacuno sin la presencia de biomasa de bambú. La caracterización química del compost de bambú, humus de lombriz, hojarasca de bambú y humus de bambú se realizó en los laboratorios de química de suelos y el de espectrofotometría del Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP); además del laboratorio de Química del Centro de Química Aplicada (CEQA). El secado de los residuos y abonos orgánicos se realizó primero de forma natural (en un lugar ventilado y a la sombra hasta alcanzar la condición de muestra seca al aire) y luego artificial (estufa del laboratorio de Suelos del CIAP a 60 oC). Finalmente se molieron y pasaron por un tamiz de 0.5 mm. Los métodos de análisis químicos empleados fueron los siguientes: pH (agua): 10 g del material en 50 ml de agua destilada, relación 1:5.

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Materiales y Métodos % ceniza y % materia orgánica: 2 g del material en un crisol de 25 ml y por incineración, en la mufla, se eleva la temperatura hasta llegar a 550oC. Se determina A= Peso constante del crisol a 550 ºC; B = Peso constante del crisol + ceniza; C = Peso de la muestra seca al aire y el factor de corrección de la humedad (fch) a través del % de humedad de la muestra. Cálculo del por ciento de cenizas y por vía indirecta el de materia orgánica: % Ceniza = ((B – A)/ C)* 100 * fch. Donde: % MO = 100 – % Ceniza Macroelementos potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg): Método de espectrofotometría de absorción atómica, según la NRAG 894/1988

por

digestión de la muestra con H2SO4 concentrado y selenio como catalizador y posterior dilución con agua destilada. Se expresan en %. Carbono (%): Calculo por vía indirecta a través del % MO: % C =% MO*0.58. Nitrógeno (N): Método de digestión - destilación de Kjeldahl. Relación C/N =% C/ %N. Microelementos como cobre (Cu), zinc (Zn), cobalto (Co), manganeso (Mn), hierro (Fe), método de espectrofotometría de absorción atómica, según la NRAG 894/1988, por digestión de la muestra con H2SO4 concentrado y selenio como catalizador y posterior dilución con agua destilada. Se expresan en mg kg-1. 3.3. Experimentos realizados, descripción y muestreos de suelo. Experimento 1. Con el objetivo de evaluar el efecto de 2 tipos de compost de bambú y el humus de bambú en comparación con el humus de lombriz y la fertilización nitrogenada sobre el suelo y el maíz (Zea mayz L.) como planta indicadora; se montó un experimento en condiciones controladas con 6 tratamientos y 4 réplicas, siguiendo un diseño en bloques completamente al azar. Se utilizó suelo pardo mullido carbonatado (Hernández et al., 1999) en bolsas de polietileno de 1kg. Los tratamientos utilizados fueron:

28

Materiales y Métodos 1. Control 2. 75 kg ha-1 N (urea) 3. 4t ha-1 humus de lombriz 4. 4t ha-1 humus de bambú 5. 4 t ha-1 compost de bambú sin inóculo 6. 4 t ha-1 compost de bambú con inóculo El inóculo empleado, fue líquido con cuatro microorganismos (Aspergillus oryzae (hongo), Bacillus natu (bacteria), Saccharomyces cerevisae (levadura), Trichoderma viridae (hongo) a razón de 1l t-1 de compost cuya función es descomponer el material. Para su evaluación se dejaron cuatro plantas por bolsa luego de la germinación. Las mismas se mantuvieron por treinta días. Durante el desarrollo del experimento, el suelo se mantuvo próximo al 80 % de su capacidad de campo. Experimento 2. Se seleccionó un área experimental representada por diferentes usos de suelo, con el objetivo estudiar el comportamiento de la especie de bambú (Bambusa vulgaris Schrader Ex. Wendland) y los cambios en el suelo, a diferentes distancias del plantón. Se tomaron como referencia 3 zonas, las cuales se describen a continuación: Zona 1. Área de bambú con 15 años de establecido (1 ha), una densidad de población de 16 a18 culmos por plantón Zona 2. Área de bambú con 5 años de establecido (cercana a la zona 1) Zona 3. Área de agricultura convencional (5 ha) (Cultivos Varios), por más de 40 años de establecida. Referencia del suelo degradado (RSD) Se tomaron muestras a las profundidades de 0 – 10 y 10 – 20 cm a partir de 0.30 m del plantón, cada metro hasta 10 m en el bambú de 15 años y hasta 5 m en el bambú de 5 años.

29

Materiales y Métodos 3.4. Análisis físicos y químicos del suelo Las determinaciones físicas y químicas se realizaron en los laboratorios de Física y Química de Suelos del Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP) por los siguientes métodos: Coeficiente de Permeabilidad (Perm): Método de Henin et al., (1958) citado por Cairo (2006) utilizando un infiltrómetro. Las fórmulas son: Permeabilidad = log 10

k

y K = (e*v)/(H*S). Donde: K = coeficiente de

percolación, e = altura de la columna de suelo, V = volumen en ml de agua percolada en una hora, H = altura de la columna liquida o lámina de agua, S = área de la sección transversal de la columna de suelo dentro del capilar. Factor de estructura (FE): Método de Vageler y Alten, citados por Cairo (2006), mediante la determinación

de arcilla sin dispersar (b) y arcilla

previamente dispersada, de acuerdo con el análisis mecánico (a) según la fórmula: FE = ((a – b)/a)*100. pH H2O y pH KCL: Método potenciométrico de Hesse, (1971), usando la relación de suelo: solución 1:2.5. P2O5 y K2O: Método de Oniani. Solución extractiva de ácido sulfúrico (0,1 N). Se determinó el K2O por fotometría de llama y el P2O5 por el método colorimétrico. Materia Orgánica (MO): Método colorimétrico de Walkey y Black, por oxidación con dicromato de potasio y ácido sulfúrico concentrado. Todos los análisis químicos se realizaron según la Norma Ramal 279 del MINAGRI (NRAG 279, 1980).

30

Materiales y Métodos 3.5. Análisis Microbiológico del Suelo Las determinaciones microbiológicas se realizaron en el laboratorio de Microbiología del Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP), utilizando en todas el método de conteo en placas con diluciones de 1 gramo de suelo a diferentes concentraciones en medio de cultivo sólido. La composición química de los 3 medios de cultivos utilizados se muestra en la tabla 1. 8

Bacterias: Aplicando 1 ml de la dilución de concentración 10 al medio de cultivo “Glicerina Peptona Agar” 5

Hongos: Aplicando 1 ml de la dilución de concentración 10 al medio de cultivo “Agar Rosa de Bengala” 5

Actinomicetos: Aplicando 1 ml de la dilución de concentración 10 al medio de cultivo “Almidón Amoniacal Agar”. Tabla 5. Composición química de los medios de cultivos utilizados

Medio de cultivo Medio de cultivo ”Glicerina Peptona Agar” Rosa de Bengala Ingrediente

Cantidad

”Agar Medio de cultivo ”Almidón Amoniacal Agar

Ingrediente

Cantidad

Ingrediente

Cantidad

Glicerina

2.0 g

Glucosa

10.0 g

(NH4)2SO4

2.0 g

Peptona

2.5 g

NaNO3

1.0 g

K2HPO4

1.0 g

K2HPO4

1.0 g

K2HPO4

1.0 g

CaCO3

3.0 g

CaCO3

0.04 g

Rosa de 0.07g Bengala

NaCl

1.0 g

NaCl

3.0 g

Agar (1.5%)

MgSO4

1.0 g

MgSO4

0.25 g

Extracto de 1L suelo*

Almidón soluble

3.0 g

FeSO4

0.01 g

*Extracto de suelo: 500 g Agar de suelo fértil en 1200 ml (1.5%)

15.0g

15 g

31

Materiales y Métodos Agar (1.5%)

15.0 g

Agua

1.0 L

pH

7.0

de agua común, se pone Agua en la autoclave por 1 hora, añadir y filtrar, llevar a 1 litro, pH de 6.8 a 7.0. pH

1.0 L 6.8 – 7.2

Infestación micorrízica: Método de Phillips y Hayman (1970), consiste en someter 250g de raíces de 1cm de largo, previamente lavadas a la acción del KOH al 10% y ponerla a hervir en baño de María durante 1 hora a 90 oC. Después sacarlas y añadirle lactoglicerina y el indicador Azul Trypan. Después de poner 1 hora a temperatura ambiente y luego en la estufa a 100 oC por 1 hora más, se lavan las raíces y se le añaden lactoglicerina de nuevo. A las 24 horas de este paso se llevan al microscopio estereoscópico para contar las raíces infestadas del total de raíces tratadas y calcular la Infestación micorrízica que se expresa en %, por la fórmula siguiente: Infestación micorrízica (%) = (# de raíces infestadas/ # total de raíces tratadas)* 100 3.6. Evaluación de los indicadores morfofisiológicos de la planta indicadora (maíz) Altura de las Plantas (AP) (cm): se midió con una cinta métrica Longitud de la Raíz (LR) (cm): se midió con una cinta métrica Peso Fresco de Follaje y Raíz por separado (PFF y PFR) (g): recién cosechada se pesan en una balanza analítica Peso Seco de Follaje y Raíz por separado (PSF y PSR) (g): las muestras fueron puestas en la estufa a 65 °C durante 48 horas y luego fueron pesadas en una balanza analítica. 3.7. Procesamiento estadístico Para el procesamiento estadístico se utilizó el paquete de programas profesional STATGRAPHICS CENTURION, Versión 15.2 sobre Windows XP. Se aplicó Análisis de Varianza de clasificación simple con la prueba de comparación de medias de

32

Materiales y Métodos Tukey HSD, verificando la homogeneidad de la varianza, para aquellos datos que no cumplieron los requisitos para los análisis estadísticos paramétricos se aplicó prueba no paramétrica de Kruskal- Wallis, en los resultados del trabajo se muestran las medias con las diferencias estadísticas correspondientes a los rangos promedio, además se calcularon las correlaciones por el método de Pearson y se llevaron a cabo análisis de regresión simple.

33

Resultados y Discusión

Resultados y Discusión 4. Resultados y Discusión 4.1. Caracterización química de la biomasa de bambú El origen de los sustratos es un factor determinante en la composición química del mismo. La hojarasca de bambú está muy asociada al compost de bambú y como consecuencia del proceso de la misma se logran niveles de pH superiores (Yera, 2011). El humus de lombriz representa en la investigación una referencia conocida de un abono orgánico de calidad elaborado a partir de estiércol vacuno. El humus de bambú es el resultado de la humificación en condiciones naturales por más de 15 años de la biomasa de bambú, donde se incluye la hojarasca, ramas, raicillas, restos de tallo, etc. El pH está muy asociado a estas condiciones y al contenido de cenizas, Ca y Mg. Al analizar la composición química de los sustratos en estudio (tabla 6). los resultados del pH en H2O muestran diferencias significativamente mayor del humus de bambú, respecto a los demás sustratos. Según clasificación de Pagel et al, 1982 los valores del humus de bambú y el humus de lombriz oscilan en el rango de la neutralidad (7,3 y 6,9 respectivamente) mientras que la hojarasca

refleja valores moderadamente

ácidos (5,7). Estos datos coinciden con Oramas (2010), el cual obtuvo resultados similares para esta especie cuando estudió la caracterización química de la hojarasca en diferentes especies forestales. Existen diferencias significativas en el contenido de materia orgánica de los diferentes sustratos esto asociado al origen de los residuos y condiciones de formación. Los valores oscilan desde bajo a medio (28.79 a 46.65) en los sustratos procesados (NRAG 564). El contenido de cenizas en todos los casos sobrepasa el 50 %, lo anterior expuesto, demuestra que estos sustratos contienen una elevada composición mineral respecto a la orgánica, lo cual constituye algo muy novedoso a tener en cuenta en su aprovechamiento perspectivo para el mejoramiento de los suelos y la nutrición de las plantas. Algunos investigadores se han referido al alto contenido de cenizas del bambú en comparación con otras especies forestales (Yera, 2011). 34

Resultados y Discusión Tanto la materia orgánica como la ceniza pueden hacer una importante contribución a la recuperación

de suelo. Se ha demostrado por un grupo de investigadores el

impacto del bambú sobre este en particular, una buena parte de la efectividad se debe a la incorporación de la hojarasca del bambú. La composición química de la hojarasca de bambú reportado por otros autores como Oramas (2010) y Cairo (2011) detallan la presencia de elevado contenido de ceniza y de bases como calcio y magnesio que gradualmente pueden tener efectos sobre el pH del suelo. El contenido de cenizas del bambú esta compuesto por minerales inorgánicos, en primer lugar sílice, calcio y potasio. El manganeso y el magnesio son otros dos minerales comunes. El bambú consta de otra composición orgánica en adición a la celulosa y la lignina este contiene alrededor de 2-4 % de grasa y 0,8 – 6% de proteínas (Xiaobo Li, 2004). Respecto a los valores de potasio existen diferencias estadísticamente significativas entre todos los tratamientos, no obstante según clasificación de (NRAG 564) oscilan entre medio y bajos (0,98 y 0,26 %) mostrando el mayor porcentaje para la categoría media, la hojarasca de bambú (0,98 %). Los contenidos de Ca y Mg de los diferentes sustratos están muy asociados al pH y el contenido de cenizas. Los valores más altos se expresan para el Ca (2.5) en el humus de bambú y Mg (1.25) en el compost de bambú. Ganse (2011) caracterizando diferentes variantes de compost de bambú, obtuvo valores inferiores pero algo cercanos a los obtenidos en esta investigación. Tanto el humus de bambú como el compost de bambú por su composición en cuanto a pH, contenido de ceniza, Ca y Mg, demuestran cualidades muy sobresalientes para ser utilizados en el mejoramiento de los suelos. El carbono (C) y el nitrógeno (N) son los dos constituyentes básicos de la materia orgánica. Por ello, para obtener un compost de buena calidad es importante que exista una relación equilibrada entre estos elementos en el sustrato, utilizado para el compostaje (Funes y Hernández, 2001). Los resultados de la relación C/N oscilan entre 8 y 12 estando la mayoría de los resultados en la categoría de buenos (según NRAG 564). 35

Resultados y Discusión La relación C/N constituye en este caso, un indicador muy sobresaliente de las características de esta biomasa. Oramas (2010); Alvarado (2011); Alfonso (2013) hacen referencia al posible potencial del bambú como fijador biológico del nitrógeno atmosférico; lo cual significa que el mismo a pesar de ser una poácea se comporte como una leguminosa. Alvarado et al., (2011) comprobó la presencia de determinados microorganismos solubilizadores de fósforo, fijadores de nitrógeno y productores de sideróforos. La relación C/N es importante porque en un buen número de casos el contenido de humus del suelo depende de ella, pues a medida que se amplía, el grado de lignificación es mayor y a su vez la descomposición se hace más lenta. (Cairo y Fundora, 2005). Carmona et al., (2008) consideran la relación de masa de carbono: nitrógeno (C/N) como un estimador de la "calidad química" de un sustrato. La mayor parte (> 90%) del nitrógeno total del compost es nitrógeno orgánico. Para la máxima disponibilidad en las plantas se requiere de una relación C/N <20 (Hue and Sobiesczyk, 1999); una relación C/N < 12 traería consigo el riesgo de una lixiviación de N (Insam y Merschak, 1997) mientras que una proporción C/N > 20 puede provocar una inmovilización del N. Springob y Kirchmann (2003) encontraron que las proporciones de sus compost variaron en un rango de 12.3 a un 13.1, por lo que no se anticipó una inmovilización del N ni una lixiviación de nitrato. La relación C/N de los suelos tratados varió de un 13.3 a un 13.8, que es el rango que se encuentra en los suelos fértiles La relación C/N ha demostrado ser un indicador de mucho valor para evaluar la calidad de la biomasa de los sustratos estudiados y certifica la posible efectividad del empleo de estos residuos acompañado de su nivel nutricional sobre las propiedades físicas químicas y microbiológicas de los suelos coincidiendo con lo planteado por Alfonso ( 2013). Se confirma una vez más la calidad del sustrato (bambú) al compararlo con el humus de lombriz como abono de referencia.

36

Resultados y Discusión Tabla 6: Composición de nutrimentos, materia orgánica y pH de los diferentes sustratos estudiados Sust rato s 1

pH agua

MO*

Ceniza*

7,30 a

28,79 d

71,21a

2

6,90 b

35,09 c

3

6,60 c

4

5,70 d

EE ±

0.0612

K

Ca

Mg*

C*

N

Relación C/N

0,26 d

% 2,59 a

0,63 c

16,70 d

2,01 a

8,33 b

64,91 b

0,54 b

1,13 c

0,85 b

20,35 c

1,75 b

11,65 ab

39,20 b

60,80 c

0,40 c

1,76 b

1,25 a

22,74 b

2,08 a

10,93 b

46,65 a

53,35 d

0,98 a

0,72 d

0,20 d

27,06 a

2,11 a

12,88 a

0.781

0.782*

0.0210

0.0750

0.0492

0.453

0.0454

0.298

Medias con letras diferentes en una misma columna muestran diferencias estadísticas significativas según prueba de la diferencia honestamente significativa (HSD) de Tukey para p<0.05. * Prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis. Leyenda: 1- humus de bambú, 2- humus de lombriz, 3- compost de bambú, 4- hojarasca

La composición de metales pesados de los diferentes sustratos estudiados (Cu, Zn, Co, Mn y Fe) evidencia que en general existen niveles medios de estos micronutrientes según categorías internacionales establecidas de niveles críticos para abonos orgánicos, compost y residuos (Tabla 7). El humus de lombriz muestra valores de Fe y Mn significativamente superiores al compost de bambú y al humus de bambú. En el caso concreto del Mn en humus de lombriz sobrepasa los límites críticos planteados por (Muñiz, 2001). El humus de lombriz constituye un abono orgánico de referencia por sus cualidades nutricionales (Martínez et al., 2003). Tanto el humus de bambú como el compost de bambú indican niveles de Zn similares al humus de lombriz, no así para Co y Cu aunque con niveles no despreciables. La materia orgánica del suelo es una importante fuente de micronutrientes, especialmente de los cationes metálicos como Fe, Mn, Cu y Zn. Estos normalmente se encuentran quelatados por las sustancias orgánicas, lo que favorece una adecuada nutrición de las plantas (Sierra, y Rojas. 2005) Resultados similares obtuvieron

García et al. (2008) cuando demostraron que el

humus de lombriz de residuos sólidos urbanos de una muestra estudiada presentaba 37

Resultados y Discusión concentraciones elevadas de microelementos esenciales para las plantas hierro (Fe), manganeso (Mn), cobre (Cu) y zinc (Zn) por lo que pueden ser considerados como biocorrectores de micronutrientes de suelos deficientes. Tabla 7. Contenido de metales pesados en los diferentes sustratos estudiados Metales pesados mg kg-1 Sustratos Fe

Mn*

Zn

Cu

Co

1

16375,00 b

656,55 b

105,13 ab

18,25 c

13,20 b

2

33065,00 a

1819,75 a

110,78 a

52,74 a

52,80 a

3

16687,50 b

756,40 b

99,23 b

31,85 b

11,05 b

4

3135,00 c

117,75 c

36,08 c

10,10 d

4,45 c

EE ±

1003,95

49,3825

2,057

0,5006

1,319

Medias con letras distintas en una misma columna

muestran

diferencias estadísticas

significativas según prueba de la diferencia honestamente significativa (HSD) de Tukey para p<0.05. * Prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis. Leyenda: 1- humus de bambú, 2- humus de lombriz, 3- compost de bambú, 4- hojarasca

4.2. Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre la microflora del suelo El uso de abonos orgánicos ejerce su influencia

sobre la biomasa microbiana y se

ha demostrado que un aumento del contenido de la materia orgánica, tendría un efecto positivo sobre la biología del suelo. En este experimento existen tres controles de referencia: (control sin tratamiento, control con fertilizante nitrogenado y control humus de lombriz). El efecto de diferentes abonos orgánicos a partir de la biomasa de bambú sobre la población microbiana del suelo en condiciones controladas (tabla 8), demostró que al comparar el humus de lombriz como abono orgánico de calidad conocida con el compost de bambú con inóculo tiene una respuesta significativa a favor del compost de bambú con inóculo tanto en hongos, bacterias como en actinomicetos coincidiendo con (Ganse, 2012).

El humus de bambú y el compost de bambú con inóculo 38

Resultados y Discusión muestran diferencias significativas en cuanto a hongos y bacterias respecto al control sin tratamiento y al control con fertilizante fundamentalmente. El impacto de los tratamientos sobre la población microbiana está muy relacionada con la composición química de los mismos donde sobresale el pH, la materia orgánica, ceniza, Ca, Mg, y relación C/N (compare Tabla 6). Investigaciones recientes realizadas por Alfonso (2013) cuando estudia la diversidad de comunidades microbianas cultivables en la rizosfera de Bambusa vulgaris Schrader ex Wendland comprueban la presencia de una gran diversidad de bacterias con capacidad metabólica en los procesos de oxidación de la glucosa. Los hongos, según Wild (1992), pueden representar el 70% de la población microbiana y constituyen el segundo de los dos grandes grupos de microorganismos del suelo. Las bacterias son organismos procariotas unicelulares y son importantes debido a que algunas realizan funciones específicas como la oxidación del amoniaco a nitratos, mientras que otras intervienen en el proceso general de descomposición de materiales orgánicos (Thompson y Troeh, 1988). Los actinomicetos son menos numerosos que las bacterias y uno de los factores favorables para su presencia es la abundancia de calcio, que proporciona una condición neutra o ligeramente alcalina (Thompson y Troeh, 1988). Son organismos típicamente aeróbicos, por lo que no suelen encontrarse en suelos encharcados, son más frecuentes en los suelos calientes que en los fríos y resultan muy poco tolerantes a la acidez. La posibilidad de que predominen los hongos o el grupo bacteriasactinomicetos depende de las condiciones locales, especialmente del pH y del contenido de humedad (Wild, 1992). Los resultados expuestos concuerdan con lo planteado por Igarza et al., (2010) cuando plantean que los principales grupos de microorganismos que participan en el proceso de compostaje son los hongos, las bacterias y los actinomicetos. Estos, al tener diferencias nutricionales y metabólicas, son capaces de descomponer los compuestos químicos simples y complejos que están en la fracción orgánica de los

39

Resultados y Discusión residuos sólidos agrícolas y urbanos como son lípidos, proteínas, aminoácidos, lignina y celulosa. Reyes, (2006) citado por Dávila,(2007) plantea que los residuos a compostear van a formar un micro hábitat con características muy diferentes del entorno, lo que propicia la aparición de organismos especialmente adaptados a esas condiciones, que se clasifican en consumidores primarios, consumidores secundarios y consumidores terciarios. Díaz (2005) realizó una Investigación detallada en la elaboración de compost con diferentes residuos demostrando la efectividad del empleo de fuentes enriquecidas en nitrógeno y carga microbiana. Julca et al., (2006) plantean la necesidad de trabajar en el manejo ecológico del suelo como una herramienta importante de la agricultura orgánica. Dentro de esta tarea se busca actuar sobre las parcelas agrícolas de tal forma que permitan un aumento del contenido de la materia orgánica, lo cual a su vez tendría un efecto positivo sobre la biología del suelo. Tabla 8. Efecto de diferentes abonos orgánicos sobre la población microbiana del suelo en condiciones controladas ufc/g de suelo Tratamientos

EE ±

Hongos * 105

Bacterias *10

Actinomicetos * 105

1

59,33 c

97,67 cd

53,33 c

2

47,00 cd

53,00 d

64,00 bc

3

28,33 e

276,67 b

31,00 d

4

99,33 b

190,0 bc

28,33 d

5

35,33 de

33,67 d

69,67 b

6

158,00 a

2400,00 a

89,33 a

2,660

20,169

2,880

8

40

Resultados y Discusión Medias con letras diferentes en una misma columna muestran diferencias estadísticas significativas según prueba de la diferencia honestamente significativa (HSD) de Tukey para p<0.05 Leyenda: 1- control; 2- 75 kg ha-1 N (Urea); 3- 4 t ha-1 humus de lombriz; 4- 4 t ha-1 humus de bambú; 5- 4 t ha-1 compost de bambú sin inóculo; 6- 4 t ha-1 compost de bambú con inóculo.

El porcentaje de infestación micorrizica es el resultado de la asociación de los hongos micorrizógenos del suelo con las raíces de la planta tratamientos. Al evaluar el porciento

indicadora en los diferentes

de infestación micorrízica se comprobó una

mejor respuesta en los tratamientos a partir de residuos orgánicos y dentro de ellos los tratamientos a partir de la biomasa de bambú obtuvieron los mayores valores en comparación con el control y la urea existiendo total correspondencia entre la gran diversidad de microorganismos ya señalados en los tratamientos y la presencia de cepas de micorrizas. En este análisis se está haciendo referencia a la presencia de micorrizas nativas que se desarrollan en un medio con condiciones físicas y químicas del suelo favorables. El impacto de los abonos orgánicos procesados a base de los residuos de bambú pudiera ejercer un efecto adicional a partir de las micorrizas. Hernández (2012) al estudiar el grado de degradación de los suelos ferralíticos rojos lixiviados comprobó la presencia de una alta actividad micorrízica en el suelo agrogénico, expresada a través del número de esporas, glomalina total y porciento de colonización. Los hongos son capaces de desarrollar interacciones benéficas con las plantas, como por ejemplo la asociación micorrízica las que secretan sustancias que mantienen la cohesión de las partículas (Guadarrama et al., 2004 citado por Alfonso, 2013). En estudios realizados en condiciones controladas por Barea et al., (1991) se ha puesto de manifiesto que por cada metro de raíz colonizada se producen entre 7 y 250 m de hifas externas del hongo, dependiendo de la especie implicada en la simbiosis y de sus condiciones de crecimiento. Las hifas externas del hongo que se desarrollan en el suelo, constituyen un sistema capaz de absorber elementos minerales y agua. Esta red de micelio se extiende varios centímetros desde la superficie de la raíz, por lo que las hifas actúan como “puentes “

41

Resultados y Discusión que superan la zona de “agotamiento” en nutrientes que rodea la raíz (Jiménez y Lamo, 1998). Su función es crítica para la captación de nutrientes poco móviles. Particularmente fosfato, amonio y algunos micronutrientes. Las hifas del hongo en conjunción con otros microorganismos del suelo contribuyen a la formación de agregados estables necesarios para mantener la calidad del suelo (Jiménez y Lamo, 1998). El desarrollo vegetal puede incrementarse por la utilización de elementos biológicos que actúan de forma coordinada en la interfase suelo - raíz, entre estos y como factor imprescindible se encuentran los hongos formadores de micorrizas arbusculares (Barea et al., 1991 y Fernández, 1999). Los microorganismos pueden actuar como solubilizadores de los minerales y por lo tanto favorecen la disponibilidad de micronutrientes en las plantas (Jiménez y Lamo, 1998).

Infestación Micorricica (%)

80

70

60

50

40 1

2

3

4

5

6

Tratamientos

Figura 1. Efecto de los tratamientos en el porcentaje de infestación micorrízica Leyenda: 1- control; 2- 75 kg ha-1 N (Urea); 3- 4 t ha-1 humus de lombriz; 4- 4 t ha-1 humus de bambú; 5- 4 t ha-1 compost de bambú sin inóculo; 6- 4 t ha-1 compost de bambú con inóculo.

42

Resultados y Discusión 4.3 . Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre las propiedades físicas y químicas del suelo Cuando analizamos el efecto de los diferentes tratamientos sobre las propiedades químicas y físicas del suelo en condiciones controladas (Tabla 9) se demostró que los resultados obtenidos en la determinación de pH, no mostraron diferencias significativas entre los tratamientos realizados. El pH neutro o poco ácido, entre 5 y 7, favorecerá la disponibilidad de la mayoría de los nutrientes (García y Martínez-Laborde, 1994), valores de pH muy ácidos pueden insolubilizar algunos nutrientes y movilizar al Al3+ con frecuencia tóxico. Los valores de P2O5 muestran diferencias significativas entre los tratamientos, los cuales van desde valores medios, hasta muy altos. En los casos del humus de bambú (17,46), el compost de bambú sin inóculo (15,45) y la urea (16,82) se aprecian los valores más altos mientras que el control (9,18) resultó ser el de menor contenido de P2O5. La materia orgánica favorece el contenido de fósforo asimilable de los suelos, lo cual puede atribuirse por una parte a la mineralización de los diferentes compuestos de fósforo orgánico que ella contiene. En Italia, Pinamonti (1998), usando compost como mulch en viñedos, encontró un incremento del contenido de materia orgánica, de fósforo disponible y del potasio de cambio en el suelo; también mejoró la porosidad y la capacidad de retención del agua. El contenido de potasio en los diferentes tratamientos difiere significativamente, resultando el humus de lombriz el que presenta valores superiores, clasificados de muy altos (23,64) seguido por el compost de bambú sin inóculo (18,75) y el humus de bambú (17,97). El control y la urea mantuvieron los valores más bajos (10,94). La materia orgánica evidencia el efecto de los tratamientos sobre el suelo.

Las

combinaciones orgánicas difieren estadísticamente en relación con los demás tratamientos, estas muestran la categoría de medio (3,09 - 3,30), sin embargo el humus de bambú (3,30) y el humus de lombriz (3,16) son los que manifiestan los valores más altos dentro de esta categoría. El control y la urea mantuvieron los valores menores (2.88), los cuales se clasifican de bajos. 43

Resultados y Discusión Oramas (2010) afirma que la materia orgánica favorece el contenido de fósforo asimilable de los suelos, lo cual puede atribuirse por una parte a la mineralización de los diferentes compuestos de fósforo orgánico que ella contiene. Al analizar el comportamiento de las propiedades físicas del suelo permeabilidad y factor de estructura se destacan los tratamientos

con los compuestos orgánicos,

manteniendo para la permeabilidad valores excelentes (1,99 - 2.01) (Cairo 2003) y para el factor de estructura la categoría de bueno (66,31 - 67,56) difiriendo en ambas propiedades de las combinaciones con urea y el control. Una plantación de bambú se constituye en un bosque protector, mejora las propiedades físicas del suelo debido a la abundancia de raíces y raicillas, que permiten mayor intercambio gaseoso y mejoramiento de la propiedad de filtración, incrementando las condiciones para la vida animal y vegetal (IPCC, 2007). Estos resultados demuestran el efecto positivo de los compuestos orgánicos a partir del bambú, tanto para las propiedades físicas como químicas del suelo. Tabla 9 Efecto del compost de bambú y diferentes tratamientos sobre las propiedades químicas y físicas del suelo en condiciones controladas Tratamie ntos

pH KCl

P2O5 *

K2O *

MO

Perm.

FE

H2O

mg 100 g-

mg 100 g-1

(%)

(log 10K)

(%)

1

1

6,15 a

6,63 a

9,18 d

10,94 d

2,88 c

1,88 c

64,25 c

2

6,15 a

6,58 a

16,82 a

10,94 d

2,88 c

1,93 b

65,60 b

3

6,13 a

6,60 a

13,77 c

23,64 a

3,16 ab

2,00 a

67,31 a

4

6,15 a

6,70 a

17,46 a

17,97 b

3,30 a

2,00 a

67,31 a

5

6,10 a

6,58 a

15,45 b

18,75 b

3,09 b

1,99 a

66,95 a

6

6,03 a

6,58 a

13,42 c

15,43 c

3,12 b

2,01 a

67,56 a

EE ±

0,0382

0,039

0,527

1,257

0, 0319

0, 0089

0,221

44

Resultados y Discusión Medias con letras diferentes en una misma columna muestran diferencias estadísticas significativas según prueba de la diferencia honestamente significativa (HSD) de Tukey para p<0.05. * Prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis. Leyenda: 1- control; 2- 75 kg ha-1 N (Urea); 3- 4 t ha-1 humus de lombriz; 4- 4 t ha-1 humus de bambú; 5- 4 t ha-1 compost de bambú sin Inóculo; 6- 4 t ha-1 compost de bambú con inóculo.

4.4. Relaciones entre algunas propiedades del suelo en las condiciones de estudio El suelo es un medio muy complejo, donde se dan innumerables interacciones que afectan las poblaciones de los organismos que la habitan y de igual forma estas inciden de forma particular sobre las propiedades físicas y químicas de este medio. Cuando utilizamos materiales orgánicos los microorganismos que habitan el suelo pueden modificar el flujo de nutrientes y mejorar el uso de los mismos por la planta Existe una estrecha relación entre la materia orgánica y la permeabilidad del suelo. En la figura 2 se observa que a medida que aumentan los valores de materia orgánica aumenta la permeabilidad, demostrando que la materia orgánica mejora la estructura del suelo y aumenta la capacidad de retención de agua del terreno. A medida que aumentan los niveles de materia orgánica, se manifiestan valores de permeabilidad por encima de 2.00 por lo que en la categoría de evaluación se considera excelente. Estos resultados coinciden con Arzola et al. (1981) cuando plantean que a los suelos arcillosos plásticos, la materia orgánica les imparte una mejor consistencia, la cual no solo facilita las labores de labranza y el crecimiento de las plantas, sino que mejora las condiciones de aireación. Los suelos arenosos, en contraste, al agregarles materia orgánica se tornan más retentivos de humedad, lo cual puede reflejarse decisivamente en el crecimiento de las plantas de cultivo durante épocas muy secas. La materia orgánica actúa sobre la estructura del suelo y favorece la aeración, el drenaje, enraizamiento, la capacidad de retener agua, etc. Los resultados obtenidos demuestran

que los valores de materia orgánica destacan

una proporcionalidad directa respecto a los valores del Factor de Estructura (FE). En la medida que aumentan los valores de materia orgánica aumentan también los

45

Resultados y Discusión valores del factor de estructura llegando a estar por encima de 65%, por lo que se cataloga la estructura de buena (figura 3). Al aumentar el contenido de materia orgánica mejoraron las características físicas permeabilidad y factor de estructura del suelo

aumentando la

aireación y la

capacidad de retención de agua, aumentando además la disponibilidad de agua y nutrientes resultados que coinciden con Cairo (2010) cuando planteó “la fertilidad física del suelo no es tan solo física sino también físico - química y biológica y se decide en la manera en que los coloides unidos a los demás factores se integran para la formación de una bioestructura porosa y estable”. De forma general los nutrientes contenidos en la Materia Orgánica (MO) están fácilmente disponibles para el cultivo, debido a que se mejoraron las características físicas del suelo que permitirán mayor aireación y un mejor flujo del agua en los capilares del mismo. La textura influye por un lado debido a la protección física de materia orgánica por parte de las arcillas limitando el acceso de los microorganismos al material orgánico que se encuentra encapsulado en poros de tamaño muy pequeño. Estos aspectos pueden ser utilizados como indicadores de la fertilidad actual del suelo. También la materia orgánica está asociada a otras propiedades tales como la capacidad de intercambio catiónico, la retención y disponibilidad de agua y nutrientes y es sustrato para la actividad de los microorganismos del suelo, existiendo relaciones significativas entre materia orgánica en el suelo y biomasa microbiana (Cairo, 2003). En una aproximación sostenible de la agricultura, o en la recuperación de los ecosistemas degradados, es indispensable la manipulación de las interacciones microbianas (microbio-microbio y microorganismos-planta) preservando y explotando la diversidad de la microbiota rizosférica (Jiménez y Lamo, 1998). La estructura del suelo influye en la mayoría de los factores de crecimiento de las plantas, por tanto, en determinados casos, puede ser el factor que limita la producción. Una buena estructura hace que los factores de crecimiento funcionen a su máxima eficiencia y se obtengan mayores rendimientos en las cosechas. (Cairo y Fundora, 2005).

46

Resultados y Discusión Las funciones del suelo dependen de la calidad de la estructura y esta, a su vez, define la amplitud de usos del suelo (Dexter, 2002).

Figura 2. Relación entre la materia orgánica Figura 3. Relación entre la materia orgánica y la permeabilidad del suelo

y el factor de estructura del suelo

Las figuras 4 y 5 indican la relación de bacterias con la permeabilidad por una parte y el factor de estructura por otra, donde se demuestra que en la medida que aumenta el número de UFC aumentan tanto la permeabilidad como el Factor de Estructura, lo cual reafirma el concepto de manejo ecológico del suelo cuando se plantea que es el conjunto de prácticas que proporcionan las condiciones al suelo para una gran actividad biológica y permiten el mejoramiento y mantenimiento de su fertilidad física, química y microbiológica (Cairo, 2011). Oramas (2010) demuestra que cuando existe mayor cantidad de microorganismos presentes en un suelo, mejor es su estado estructural. Los microorganismos presentes en el suelo son responsables del reciclaje de materia orgánica e inorgánica y desempeñan un papel importante en la dinámica de la regeneración del suelo. Dentro de estos, las bacterias son las únicas entre las formas

47

Resultados y Discusión de vida que pueden fijar nitrógeno atmosférico para que pueda ser utilizado por otros organismos (Sprent y Sprent, 1990 citados por Alfonso, 2013).

Figura 4. Relación entre el número de Bacterias y el Factor de Estructura del suelo

Figura 5. Relación entre el número de Bacterias y la Permeabilidad del suelo

48

Resultados y Discusión 4.5. Efectos de abonos orgánicos de residuos de bambú sobre los parámetros morfofisiológicos de la planta indicadora El humus de bambú y el humus de lombriz son las variantes que mejor respuesta integral muestran en el efecto sobre los indicadores morfofisiológicos de la planta indicadora (tabla 10 y figura 6). El humus de bambú y el de lombriz respecto a los demás controles establecidos (control y urea) muestran diferencias significativas en el desarrollo radical teniendo en cuenta el largo de la raíz y el peso de la raíz, lo que reafirma el papel que pueden ejercer los residuos orgánicos obtenidos a partir del bambú sobre el cultivo. Ríos (2003) al estudiar los efectos alelopáticos de los bambúes en condiciones controladas sobre plantas de maíz demostró que el crecimiento del epicotilo no se ve afectado por los estratos de bambú y la elongación de la radícula fue mayor en la planta indicadora. También se ha evaluado el efecto de la materia orgánica o de productos derivados de ésta, sobre el crecimiento de la planta o la producción de los cultivos. Buniselli et al. (1990) citados por Julca et al. (2006) encontraron un aumento del peso y altura de la planta, longitud de la mazorca y rendimiento de grano en maíz, cuando aplicaron 100, 300 y 900 kg/ha de residuos sólidos urbanos (RSU) compostados, junto con aplicaciones complementarias de NPK. Tabla

10.

Efectos

diferentes

combinaciones

de

compost

sobre

LR

PFR

los

parámetros

morfofisiológicos de la planta indicadora AP

PFF

PSF

PSR

Tratamientos (cm)

(cm)

(g)

(g)

1

47,00 b

12,01ab

1,15 b

13,25 b

3,13 b

0,84 cd

2

53,00 ab

14,87a

1,32 a

18,25 ab

4,71 a

0,99 c

3

53,75 a

12,83 ab

1,04 bc

22,00 a

4,86 a

1,83 a

4

51,25 ab

11,53 ab

0,89 cd

16,50 ab

3,78 ab

1,20 b

49

Resultados y Discusión 5

51,25 ab

12,51ab

1,02 bc

19,00 ab

3,66 ab

0,80 d

6

53,00 ab

11,24 b

0,78 d

17,50 ab

2,59b

1,74 a

EE±

1,425

0,766

0,0346

1,579

0,274

0,0417

Medias con letras diferentes en una misma columna

muestran

diferencias estadísticas

significativas según prueba de Tukey (HSD) para p<0,05 Leyenda: 1- control; 2- 75 kg ha-1 N (Urea); 3- 4 t ha-1 humus de lombriz; 4- 4 t ha-1 humus de bambú; 5- 4 t ha-1 compost de bambú sin Inóculo; 6- 4 t ha-1 compost de bambú con inóculo.

Figura 6. Parámetros morfofisiológicos de la planta indicadora

50

Resultados y Discusión 4.6. Evaluación del impacto del establecimiento del bambú sobre las propiedades del suelo 4.6.1 Efectos de la biomasa del bambú sobre la materia orgánica Las figuras 7 y 8 muestran el efecto de la biomasa del bambú establecido a los 5 años a diferentes distancias del plantón sobre la materia orgánica, para una profundidad de 0-10 y 10-20 cm respectivamente, tomando como referencia el suelo degradado (RSD). El plantón de bambú provoca un efecto radial sobre el contenido de materia orgánica, lo cual se expresa en valores por encima del 1% tanto a la profundidad de 0-10 cm como de 10-20 cm. Este proceso es aún más evidente en la medida que pasa el tiempo en el plantón de 15 años establecido donde los valores de materia orgánica son más estables en la profundidad de 10-20 cm. Este resultado puede tener mucha influencia sobre otras propiedades del suelo tanto desde el punto de vista físico, químico como microbiológico (tablas 1, 4, figuras 3,4,5) lo que demuestra su efecto en el tiempo corroborando lo planteado por Oramas (2010) citado por Yera (2011). Lograr en tan poco tiempo de establecido el bambú incrementos de más de 1 % de materia orgánica representa mucho desde el punto de vista ambiental, como mejorador de suelos y secuestro de carbono. Friedrich (2013) plantea que

los sistemas de laboreo de conservación se ven

favorecidos a partir de que

se incrementa del contenido de materia orgánica,

mejorando además la estructura del mismo. El contenido de materia orgánica de los suelos está estrechamente relacionado con su potencial productivo. La influencia de la materia orgánica es decisiva en el mejoramiento de las propiedades físicas del suelo contribuyendo con ello al buen drenaje y aireación del suelo, así como en el suministro de agua a las plantas (Primavesi, 1990). Las plantas fijadoras de nitrógeno pueden hacer una buena contribución al aumento de la materia orgánica del suelo, según resultados de Morales, (2003);

Ribalta,

(2008); Oramas, (2010).

51

Resultados y Discusión

6

4.84

4.75

5

5.26

4.76

Prof. 10 - 20 cm 5.03

4.75

4 3

RSD

2 1 0 0.3

1

2

3

4

Materia Orgánica (%)

Materia Orgánica (%)

Prof. 0 - 10 cm

5

6 5

3.76

3.45

4

4.15

3.76

3 RSD

2 1 0 0.3

Distancia desde el plantón (m)

4.68

4.1

1

2

3

4

5

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 7 y 8. Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 5 años a diferentes distancias del plantón sobre la materia orgánica

6 5

4.75 4.47

5.07

4.91

Prof. 10 - 20cm 4.75

4.99 4.99

4 3

RSD

2 1 0

Materia Orgánica (%)

Materia Orgánica (%)

Prof. 0 - 10cm 5

4.19 4.27

4.68

4.72 4.03

4.16

4.13

4 3 RSD

2 1 0

0.3

1

2

3

4

5

10

Distancia desde el plantón (m)

0.3

1

2

3

4

5

10

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 9 y 10 Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 15 años a diferentes distancias del plantón sobre la materia orgánica

52

Resultados y Discusión 4.6.2 Efectos de la biomasa del bambú sobre el factor de estructura El impacto que ha tenido el establecimiento del bambú sobre la materia orgánica repercute a su vez sobre el Factor de Estructura (FE) (figuras 13 y 14), todo esto tiene mucha relación con los aspectos analizados de la biomasa en condiciones controladas y por supuesto los resultados en campo están en estrecha correspondencia con las condiciones controladas, ya que en campo se refiere a biomasa incorporada al suelo. El plantón de bambú en su efecto radial a partir de 0.3 m hasta 10 m incrementa el Factor de Estructura desde valores en categoría de regular en el suelo degradado hasta valores en categoría de bueno en las diferentes profundidades estudiadas tanto en el plantón de 5 años como en el de 15 años de establecido. El hecho de alcanzar niveles de factor de estructura por encima de 70% a los 5 años de permanencia arborizada de bambú, evidencia la factibilidad de recuperación de los suelos, conincidiendo con lo planteado por Noval (2000) al estudiar el efecto de la leucaena en sistemas silvopastoriles. Oramas (2010) comprobó que el bambú incrementa el factor de estructura del suelo asociado al incremento de la materia orgánica y la actividad biológica del suelo. La estructura del suelo influye en la mayoría de los factores de crecimiento de las plantas, por tanto, en determinados casos, puede ser el factor que limita la producción. Una buena estructura hace que los factores de crecimiento funcionen a su máxima eficiencia y se obtengan mayores rendimientos en las cosechas. (Cairo y Fundora, 2005).

53

Resultados y Discusión Prof. 10 - 20cm

75

73,2

72

71,65

70,89

72,15 70,23 70,16

69 66 63 RSD

60 0.3

1

2

3

4

5

Factor de Estructura (%)

Factor de Estructura (%)

Prof. 0 - 10cm 75 72

69.14

69.54

68.36

68.23

69

67.31

68.14

66 RSD

63 60 0.3

1

2

3

4

5

Distancia desde el plantón (m)

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 11 y 12. Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 5 años a

72

Prof. 10 - 20cm

Prof. 0 - 10cm

75

70.42 69.83 70.16 69.85

71.12 69.42 69.71

69 66 63

RSD

60 0.3

1

2

3

4

5

Distancia desde el plantón (m)

10

Factor de Estructura (%)

Factor de Estructura (%)

diferentes distancias del plantón sobre el factor de estructura

75 72 69

68.16 66.14

67.10

66.21

67.16

66.22 67.34

66 63

RSD

60 0.3

1

2

3

4

5

10

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 13 y 14. Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 15 años a diferentes distancias del plantón sobre el factor de estructura

54

Resultados y Discusión 4.6.3 Efectos de la biomasa del bambú sobre el Límite Inferior de Plasticidad y el Índice de Plasticidad La consistencia del suelo (plasticidad) es una consecuencia del papel de la materia orgánica y del estado estructural, si estas condiciones mejoran el suelo se hace más apropiado para el laboreo y con mejores cualidades para el establecimiento de la labranza de conservación (Friedrich, 2013). Las figuras 15 a la 22 resumen el efecto integrado de la biomasa de Bambú sobre el suelo. En esta investigación se materializa el esquema: Biomasa – Materia Orgánica – Actividad Biológica – Estructura – Consistencia (Plasticidad). El establecimiento del Bambú por tales razones puede aumentar de manera significativa el Límite Inferior de Plasticidad (LIP) y disminuir el Índice de Plasticidad (IP) en las condiciones estudiadas. La acción de la biomasa sobre el suelo hace de la consistencia una propiedad dinámica que cambia de categoría de plástico (RSD) a medianamente plástico (Cairo, 2003). El cambio de categoría del suelo plástico a medianamente plástico favorece de forma significativa al manejo del suelo desde el punto de vista de su preparación y laboreo y permite la selección de implementos agrícolas que puedan garantizar el laboreo de conservación, ya que todo esto lleva implícito también un aumento de la estabilidad estructural del suelo (Friedrich, 2013). En la medida que estos suelos están mejor estructurados aumentan su capacidad de retención de humedad y con ello el límite inferior de plasticidad (Cairo, 2010). El suelo a consecuencia de estos factores se hace menos plástico, menos cohesivo, condición esta más apropiada para su manejo y laboreo (Cairo y Fundora, 2005).

55

Resultados y Discusión

Prof. 0 - 10cm 37.74

37.17

36.42

LIP (% hbss)

35.79

39

36.49 LIP (% hbss)

39

Prof. 10 - 20cm

34.28

36 33

RSD

30 27

36

35.77

35.09

34.64

33.93

34.89

33.85

33 30

RSD

27 0.3

1

2

3

4

5

0.3

1

2

3

4

5

Distancia desde el plantón (m)

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 15 y 16. Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 5 años a diferentes distancias del plantón sobre el LIP Prof. 0 - 10cm

37

40

38.47 37.03 36.92

36.86 36.79 35.15 35.1

34 31

LIP (% hbss)

LIP (% hbss)

40

Prof. 10 - 20cm

37

37.89

37.02 34.22

36.91 35.21

34.04

36.08

34 31

RSD

RSD 28

28 0.3

1

2

3

4

5

Distancia desde el plantón (m)

10

0.3

1

2

3

4

5

10

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 17 y 18. Efectos de la biomasa del bambú establecido a los 15 años a diferentes distancias del plantón sobre el LIP

56

Resultados y Discusión

Prof. 10 - 20cm

Prof. 0 - 10cm

30 27 RSD IP

IP

24 21 18

RSD

27

20,7

23,06

22,55

21,87

21

21,12

19,96

24

18

22,59

22,51 18,79

19,33

20,46

2

3

23,49

15

15 0,3

1

2

3

4

0,3

5

1

4

5

Distancia desde el plantón (m)

Distancia desde el plantón (m)

Figuras 19 y 20. Efectos de la biomasa del bambú establecido durante 5 años a diferentes distancias del plantón sobre el IP

Prof. 0 - 10cm

Prof. 10 - 20cm

27

31 RSD

28

21 21,68 18

RSD

25 IP

IP

24

20,41

21,6 19,84

19,61 20,31

22 19

18,21 15

16

18,82 19,67

17,73

19,52

20,51 21,44 18,37

13 0,3

1

2

3

4

Distancia desde el plantón (m)

5

10

0,3

1 2 3 4 Distancia desde el plantón (m)

5

10

Figuras 21 y 22. Efectos de la biomasa del bambú establecido durante 15 años a diferentes distancias del plantón sobre el IP

57

Resultados y Discusión 4.7.

Análisis económico ambiental

La tabla 11 muestra los resultados del análisis económico donde se evidencia el costo del uso de abonos orgánicos a base de residuos de bambú Con este análisis queda demostrado que el uso de de la biomasa del bambú no resulta

costoso

y

sin

embargo

permite

aumentos

productivos

sostenibles

económicamente ya que actúan sobre el suelo, mejorando su estructura, incrementando su actividad microbiológica y sus propiedades químicas. Según Dávila (2007) 1 t de cualquier Compost elaborado cuesta $40.00 MN. Actualmente los precios de los fertilizantes químicos fluctúan en dependencia del fabricante y su composición, no obstante el precio promedio

de 1.0 t de fertilizante granulado

mezclado FC. 9 – 13 – 17 es aproximadamente $ 625,1236 MN (UAA, 2013) en una empresa estatal, sin embargo

para la macroeconomía al cambio

de 1 por 1

representa $ 625,1236 MC, que es dinero líquido que sale del país.

Tabla 11. Análisis económico del uso de los abonos orgánicos a base de residuos de bambú

Precio Tipos de fertilizantes

Humus de bambú Compost de bambú

($ t-1)

Precio de aplicación -1

($ t )

Dosis

Costo

tha-1

Total

0

5,294

4,0

21,16

40,00

5,294

4,0

181,16

Esta investigación aunque aún preliminar pone de manifiesto las perspectivas de la utilización del bambú en el desarrollo de la agricultura sostenible y como una estrategia más integral

en el orden de la protección del medio ambiente cuando

queda demostrado que después de 5 años de establecido el bambú puede aumentar la materia orgánica del suelo degradado por encima del 1%, incrementar la actividad biológica, mejorar la estructura y consistencia y como consecuencia de ello reducir los 58

Resultados y Discusión riesgos de erosión teniendo en cuenta el papel de la biomasa y de la rizosfera que se establece, Desde el punto de vista ecológico, Bambusa vulgaris es una especie promisoria pues ayuda a la conservación de los recursos hídricos, protege generosamente los suelos de la erosión y brinda refugio a la fauna silvestre, mitiga la presión a los bosques brindando madera de excelente calidad (Álvarez et, al., 2003) El hecho de transformar un suelo degradado en un suelo mejorado no solo tiene repercusión ambiental sino también económica y al final también repercute en lo social. Se ha demostrado ampliamente que las alternativas del uso de abonos orgánicos a partir de residuos del bambú ha conducido a una etapa superior en el mejoramiento de las características físicas y químicas de los suelos, todo ello generado a partir de la necesidad de aprovechar sus ventajas económicas y medioambientales al constituir una fuente natural de nutrientes, macro y microorganismos, logrando minimizar el impacto ambiental sobre estos, Como vía para contrarrestar, evitar o mitigar los efectos negativos de la actividad productiva agropecuaria sobre el medio ambiente se ha establecido el término de agricultura sostenible, como una importante vía de garantizar la alimentación sin dañar el medio ambiente, Según investigaciones realizadas respecto a este tema, se ha demostrado que las técnicas agrícolas sostenibles dan como resultado productos alimenticios más puros y frescos con mayor concentración de minerales, los costos de producción y los costos ambientales son mucho menores, se obtiene mayor rentabilidad a largo plazo y la erosión de los suelos es menor

( Reyes, 2010).

El bambú es muy útil en plantaciones con propósitos de conservación y protectora de las cuencas, riberas de los ríos y quebradas, Su acción es reguladora de la cantidad y calidad de agua, que devuelve a su caudal en épocas normales y secas. Es un gran productor de oxígeno y un gran retenedor de dióxido de carbono (Torres, 2010). La producción y productividad no podrán ser alcanzadas a costa del deterioro del medio ambiente y de los recursos, Esto implica no solo recuperar los recursos naturales deteriorados, sino la necesidad de un nuevo patrón tecnológico más 59

Resultados y Discusión amigable y que conduzca al aumento de la producción y productividad en la esfera agropecuaria (Aguilera, 2007). La reforestación con bambú puede dar una significativa contribución a aliviar los urgentes problemas ambientales que sufre nuestro planeta, y en específico en Cuba (Ganse, 2012). Este trabajo abre una nueva perspectiva desde el punto de vista del uso práctico del bambú, no solo como cultivo que cubre y protege la capa arable del suelo sino como un recuperador de suelos degradados ya que se pudo demostrar que esta planta creciendo en campo también tiene un impacto positivo siendo capaz de mejorar la estructura y consistencia de los suelos en los cuales está establecido, por otra parte queda demostrado que la biomasa del bambú es utilizable para la elaboración de abonos orgánicos además de la reserva que constituye hoy el humus de bambú almacenado de forma natural.

60

Conclusiones

Conclusiones 5. CONCLUSIONES

1. Tanto el humus de bambú como el compost de bambú por su composición química muestran cualidades muy sobresalientes para ser utilizados en el mejoramiento de los suelos. 2. El humus de bambú resultó ser el tratamiento más estable desde el punto de vista de la respuesta microbiológica en el suelo para las condiciones de estudio. 3. Debido a las cualidades organominerales de los abonos orgánicos obtenidos a partir de residuos de bambú, su efecto sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo es similar o superior al humus de lombriz como abono orgánico de referencia. 4. El plantón de bambú provoca un efecto radial sobre el contenido de materia orgánica expresado en valores por encima del 1% e incrementa el Factor de Estructura desde valores en categoría de regular (RSD) hasta categoría de bueno. 5. La acción de la biomasa sobre el suelo propició el cambio de categoría del suelo plástico a medianamente plástico favoreciendo de forma significativa al manejo del suelo. 6. La valoración económica ambiental preliminar realizada en el presente trabajo demuestra la factibilidad del uso del bambú de una manera integral incluyendo el aprovechamiento de su biomasa.

61

Recomendaciones

Recomendaciones 6. RECOMENDACIONES.

1. Continuar las investigaciones sobre el uso de la biomasa del bambú así como su asociación con otras especies para el manejo de suelos degradados. 2. Utilizar como referencia la caracterización química resultado de este trabajo en estudios posteriores con el objetivo de unificar criterios sobre la composición de la biomasa de bambú y su impacto sobre el suelo degradado. 3. Extender los resultados de este trabajo a través de montaje de áreas demostrativas aprovechando la biomasa del bambú y su impacto sobre el suelo.

62

Bibliografía

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Anexos

Anexos 8. ANEXOS 8.1 Categorías de evaluación de algunas propiedades físicas y químicas de los suelos. pH ( KCl) < 3.5 3.5 – 4.5 4.6 – 5.5 5.6 – 6.0 6.1 – 7.0 7.1 – 8.0 8.1 – 8.5 > 8.5

pH (H2O) < 5.0 5.0 – 5.5 5.6 – 6.0 6.1 – 6.5 6.6 – 7.5 7.6 – 8.0 8.1 –8.5 > 8.5

Categoría Muy ácido Ácido Moderadamente ácido Ligeramente ácido Neutro Ligeramente alcalino Moderadamente alcalino Alcalino

Fuente: López y col., (1981)

% de Materia Orgánica ( Método de Walkley y Black) % de Materia Orgánica < 1.5 1.5 – 3.0 3.1 – 5.0 > 5.0

Categoría Muy bajo Bajo Mediano Alto

Fuente: López y col., (1981)

P2O5 mg.g100-1 <6 6 -11 11 – 15 >15

K2O mg.g100-1 <7 7 -14 14 -20 > 20

Clasificación Bajo Mediano Alto Muy alto

(Fundora y Yepis, 2000)

LSP (% hbss) Método del balancín de Basiliev < 50 50 – 70 70 – 90 > 90

LIP (% hbss) Método de los rollitos de Atteberg < 20 20 – 35 35 – 50 > 50

Fuente: López y col., (1981)

IP (Índice de plasticidad)

Categoría

< 15 15 – 30 30 – 45 > 45

No plástico Ligeramente plástico Plástico Muy plástico

Anexos 8.2. Para la evaluación de cada una de las propiedades físicas se tuvieron en cuenta los siguientes parámetros:

Permeabilidad (log 10 K) 2.00 – 2.50 Excelente 1.50 – 2.00 Adecuada 1.00 – 1.50 Regular <1 Mal (Cairo, 2000)

Factor de Estructura (%) 80 – 100 Excelente 65 – 80 Bueno 55 – 65 Regular < 55 Mal

Índice de plasticidad (%) < 12 12 – 20 > 20

Poco plástico Mediana plasticidad Muy plástico

8.3. Escala de evaluación utilizada para humus y abonos orgánicos Categoría

%N

%P

%K

%MO

Bajo

-1.2

-1.0

-0.8

-30

Medio

1.2-1.8

1.0-1.5

0.8-1.2

30-45

Alto

1.8-2.2

1.5-2.0

1.2-1.8

45-60

Muy Alto

+2.2

+2.0

+1.8

+60

Relación C/N Categoría

C/N

Buena

10-15

Regular

15-20

Mala

+20

Fuente: NRAG 564 Análisis foliar. Reglas generales.

Anexos 8.3. Tenores máximos permisibles de metales pesados (mg kg-1) en compost y lodos residuales en diferentes países (Hernández Jiménez A. 2012 tomado de O. Muñiz 2001). Elemento Cd Pb Cr Cu Hg Ni Zn

Austria 6 900 300 1 000 4 200 1 500

Italia 10 500 500 600 10 200 2 500

Holanda 5 500 500 600 5 100 2 000

EU 85 840 3 000 4 300 57 420 7 500

CEE 20 750 750 1 000 16 300 2 500

Rango usual de metales pesados países (Hernández Jiménez A. 2012 tomado de O. Muñiz 2001). Elemento

Estiércol

Compost

Lodos residuales

Cromo Manganeso Cobalto Níquel Cobre Zinc Cadmio Mercurio Plomo

1,1 – 55 30 – 969 0,3 – 24 2,1 – 30 2 – 172 15 – 566 0,1 – 0,8 0,01 – 36 0,4 – 27

1,8 – 410 0,9 – 279 13 – 3580 82 – 5894 0,01 – 100 0,09 – 21 1,3 – 2240

8 – 40600 60 – 3900 1 – 260 6 – 5300 50 – 8000 91 – 49000 < 1 – 3410 0,1 – 55 2 – 7000