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1. Introducción
La agricultura es una de las actividades más antiguas que desarrolla el ser humano debido a su contribución a la producción de alimentos y servicios ecológicos. Esto tiene como consecuencia la transformación de sistemas naturales en agroecosistemas (Sarandón, 2020). Por consiguiente, la intensidad, duración y extensión en que esta intervención se realice tiene impactos negativos para el medio ambiente, contribuyendo a la degradación de suelos y afectando de manera negativa a los seres vivos (Sarandón, 2020).
La degradación del suelo se refiere a los procesos desencadenados por las actividades humanas que reducen su capacidad actual o futura para funcionar y sostener ecosistemas naturales o manejados, para mantener o mejorar la calidad del aire y agua y para preservar la salud humana (Iniestra et al. 2013). Una alternativa para disminuir la degradación de los suelos es la aplicación de enmiendas orgánicas. Por ejemplo, Rubenacker et al. (2011) argumentan que, para una producción agrícola sostenible y la conservación de los suelos, se pueden aplicar enmiendas orgánicas como el compost debido a que el compostaje de residuos orgánicos permite obtener un producto estabilizado, maduro y saneado. La utilización del compost en el suelo restaura la flora, evita su degradación, mejora la estructura física del suelo, aumenta su permeabilidad, y aporta macronutrientes, entre otros beneficios (Altieri y Nicholls, 2017).
En la Hacienda Pairumani ubicada en el departamento de Cochabamba en el Estado Plurinacional de Bolivia, se desarrolla un modelo agrobiológico establecido sobre la base de la relación dinámica suelo-planta-animal-ser humano. A través de enfoque sistémico que busca el equilibrio entre las dimensiones ambientales, económicas y sociales (Sánchez, Comunicación personal, 2023). La Fundación Universitaria Simón I. Patiño (FUSIP, 2023) indica que uno de los objetivos para mejorar el sistema agrícola es buscar su autonomía o autogestión, para ello es importante la reducción de insumos sintéticos, una gestión óptima de los recursos internos y la mejora de enmiendas ecológicas.
El modelo actual de gestión de la Hacienda Pairumani está enfocado en la agricultura regenerativa que complementa el modelo agrobiológico propuesto por Sánchez (2011). Este modelo se realiza a través de la gestión de suelos y la gestión del agua (FUSIP, 2023). La FUSIP indica que la gestión agrícola se maneja mediante la asociación de cultivos (cereales y leguminosas), rotación de cultivos y los sistemas agroforestales. Finalmente, la gestión pecuaria por medio del sistema integrado de crianza agrobiología donde se privilegia el bienestar animal. Esta forma de manejo integral unifica todas las áreas de la Hacienda Pairumani contribuyendo a la sostenibilidad del sistema (Sánchez, 2011).
La Hacienda Pairumani cuenta aproximadamente con 500 ha, de las cuales, 200 ha están destinadas a actividades agrícolas. De estas últimas, 110 ha son para el cultivo de maíz (Zea mays). El maíz es el cultivo más importante en la hacienda debido que se utiliza para la venta directa, la elaboración de semillas y el alimento del ganado lechero. Por lo que este cultivo genera una presión constante sobre la fertilidad de los suelos agrícolas (FUSIP, 2023). Por lo tanto, se tiene la necesidad de ayudar a la fertilización de los suelos, siendo la base de la fertilización la elaboración aproximada de 800 t/año de compost (Sánchez, comunicación personal, 2023). No obstante, debido a la demanda que se tiene en compost, el balance de este es negativo no cubriendo las necesidades óptimas de aplicación. Por este motivo la hacienda está analizando el incremento de la producción de compost para alcanzar los requerimientos de los cultivos de maíz lo que permitiría un probable incremento de la productividad, reduciendo el uso de agroquímicos como la urea. La Hacienda Pairumani utiliza 10 t/ha de compost para los cultivos de maíz, pero no se cuenta con estudios in-situ que indiquen si una mayor cantidad o dosificación en el cultivo incide sobre su productividad y sobre las propiedades del suelo que permitan la toma de decisiones informadas (Sánchez, comunicación personal, 2023). Por esta razón, dentro el marco del proyecto "Restaura" entre la Hacienda Pairumani y la Universidad Católica Boliviana San Pablo se estudiaron los efectos de una dosis mayor de compost para mejorar la calidad del suelo e incidir en el rendimiento de maíz, incluyendo un análisis del costo marginal.
El objetivo general de esta investigación fue el de evaluar los efectos de la dosificación de 10 t/ha y 20 t/ha de compost en el suelo y en la productividad del cultivo de maíz (Zea mays) para contribuir a la restauración de suelos en la Hacienda Pairumani. Para lograrlo se plantearon los siguientes objetivos específicos: a) caracterizar la elaboración del compost en la Hacienda Pairumani, b) evaluar las variables agronómicas del desarrollo de la planta en la etapa vegetativa y el rendimiento del maíz post cosecha, c) analizar los parámetros químicos y microbiológicos en el suelo en los distintos tratamientos; y d) realizar el análisis económico de la aplicación de 10 t/ha y 20 t/ha.
2. Sustento teórico
En esta sección se desarrollan los principales conceptos necesarios para comprender esta investigación: degradación del suelo, agricultura regenerativa, independización de insumos externos; y el compostaje como estrategia de restauración del suelo, restauración del suelo agrícola.,
2.1 Degradación del suelo agrícola
El suelo es un hábitat complejo para una gran variedad de organismos, desde bacterias y hongos hasta invertebrados y vertebrados, que interactúan entre sí y con el medio ambiente para mantener la fertilidad y la calidad del suelo (Brady y Weil, 2016). Los microorganismos desempeñan varias funciones claves en el suelo que son fundamentales para la sostenibilidad agrícola como la descomposición de los residuos vegetales y la liberación de nutrientes, en formas disponibles para las plantas, la fijación de nitrógeno y la simbiosis con las plantas (Blagodatskaya y Kuzyakov, 2013).
Según Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO, 2019) la degradación del suelo es un problema global que afecta la calidad de vida de las personas y el medio ambiente que puede ser causado por la deforestación, la erosión, la salinización, la compactación del suelo y la contaminación. Un factor que contribuye a la degradación del suelo es la erosión, que puede ser causada por la actividad humana por medio del sobrepastoreo, la labranza intensiva y la construcción de carreteras y edificios (Lal, 2015).
2.2 Agricultura regenerativa e independización de insumos externos
La agricultura regenerativa surge como una alternativa para generar un equilibrio entre la producción agropecuaria y el medio ambiente porque según los expertos esta alternativa de producción sostenible ayuda a la biodiversidad y los procesos naturales del ecosistema (Pérez, 2021). Esta forma de producción consiste en mejorar la salud de los suelos, la mitigación del cambio climático, la conservación de la biodiversidad y del agua; y la resiliencia económica (Altieri y Nicholls, 2012;Newton et al., 2020). Los pilares de la agricultura regenerativa son la labranza de conservación, cultivos de cobertura, rotación de cultivos, agroforestería, pastoreo manejado, manejo de plagas, gestión del agua; y el uso de enmiendas orgánicas (Newton et al., 2020).
La aplicación de enmiendas orgánicas es una práctica que estimula al suelo debido a su valor fertilizante y biológico que sirve de sustrato para el incremento de la diversidad y abundancia de microorganismos que contribuyen a la transferencia de nutrientes y mejora el desarrollo de las plantas (Funes, 2015). Algunas de las enmiendas orgánicas más utilizadas son la elaboración de biol, jugos de compost y el compostaje (Sánchez, 2022).
La Hacienda Pairumani tiene la misión de ser un centro de producción basado en la agricultura regenerativa para innovar, desarrollar técnicas de producción más sostenibles basadas en investigación científica que puedan ser difundidas (FUSIP, 2023). Esta forma de manejo sistémico busca el equilibrio en las dimensiones ambientales, económicas y sociales que permitan la autonomía del agroecosistema minimizando o eliminando la aplicación de insumos de síntesis permitiendo el equilibrio de la emergencia homeostática del organismo agrícola (Sánchez, 2011).
La Hacienda Pairumani desarrolla un modelo agrobiológico fundado sobre la relación dinámica suelo- planta-animal-ser humano, donde se ve al sistema como un organismo vivo, este concepto esta expresado en una tetraléctica propuesta por el director de la Hacienda (Figura 1).
2.3 El compostaje como estrategia de restauración del suelo
La FAO (2022) indica que el compostaje tiene el potencial de ser elaborado y empleado en fincas de diversas extensiones. Además, combina la protección del medio ambiente con una producción agrícola sostenible. Según Mondini et al. (2002), el compostaje puede mejorar la estructura del suelo al aumentar la porosidad, la permeabilidad y la estabilidad de agregados. Además, la FAO (2022) añade que el compostaje mejora las propiedades físicas del suelo como la retención de agua, el aporte de macronutrientes y micronutrientes y mejora la actividad biológica aportando carbono para la macrofauna (lombrices) y microfauna (bacterias y hongos).
Sin embargo, para tener un compost de calidad tanto su estabilidad como su madurez va de la mano para mejorar la calidad del suelo como mejorar la estructura y las propiedades fisicoquímicas del suelo, lo que mejora la disponibilidad de nutrientes para las plantas (Policastro y Cesaro, 2022). Además, contribuye a mejorar la actividad microbiana en el suelo (Policastro y Cesaro, 2022). Además, cabe mencionar que el compostaje se ha convertido en una forma ecológica, rentable y tecnológica de tratamiento de residuos vegetales agrícolas. La aplicación de compost intensifica y preserva los productos agrícolas (Waqas et al., 2023).
2.4 Bioensayos con maíz
Los bioensayos pueden utilizar microorganismos, plantas, invertebrados o vertebrados como organismos de prueba, y medir respuestas como la mortalidad, el crecimiento, la reproducción, la actividad enzimática, la expresión génica, entre otros (Gao et al., 2020). Los bioensayos con maíz se utilizan para evaluar el efecto de diferentes sustancias en el crecimiento y desarrollo de esta planta. Por lo que su estudio es relevante en áreas como la agricultura, la ecología y la toxicología ambiental (Pan et al., 2016).
En los bioensayos con maíz, se exponen las semillas de maíz a diferentes concentraciones de la sustancia de interés, y se miden diferentes parámetros como la germinación, la altura de la planta, área foliar y rendimiento de cultivo entre otros (Mamani y Echenique, 2021). Estos parámetros son indicadores del crecimiento y desarrollo de la planta y se utilizan para evaluar los efectos de la sustancia en cuestión (Páez, 2015).
La variedad de maíz utilizada en esta investigación fue la del maíz "Pairumani Compuesto 20" desarrollada por la misma Hacienda Pairumani. Esta variedad presenta mazorcas cilíndricas con granos medianos a grandes de color amarillo a naranja. Esta variedad es de alto rendimiento de granos con una densidad de plantas en una parcela entre 66.500 pl/ha a 53.500 pl/ha, ideal para la producción de chicha y mote, y es utilizada principalmente para forraje en ensilado y en grano para la elaboración de concentrados (FUSIP, 2023). Además, el maíz Compuesto 20 presenta una buena resistencia a la sequía y a las enfermedades. Al tratarse de una variedad precoz, su floración femenina ocurre a los 70 días, con un ciclo vegetativo total de 165 días (FUSIP, 2023). Esta variedad puede ser sembrada desde agosto hasta diciembre por lo que se puede tener dos cosechas en un ciclo agrícola y su rango de adaptación está entre los 1.800 y 2.800 m.s.n.m. en zonas de valle (FUSIP, 2023).
2.5 Restauración del suelo agrícola
Según la Sociedad Internacional para la Restauración Ecológica (SER, 2004) la restauración ecológica es una actividad que ayuda a restaurar o acelerar la recuperación de un ecosistema con respecto a su salud, integridad y sostenibilidad. En el caso de Latinoamérica para que la restauración pueda ser viable debe tener un ámbito cultural reciproco con el ser humano (SER, 2004). La restauración de suelos agrícolas se refiere a un conjunto de prácticas y estrategias encaminadas a recuperar y mejorar la calidad, fertilidad, microfauna y funcionalidad de los suelos que han sido degradados debido a la intensa actividad agrícola (Funes, 2015).
Los indicadores químicos del suelo, como los macronutrientes nitrógeno (N), fosforo (P), potasio (K) y la MO, son esenciales para evaluar la fertilidad y la salud del suelo (Mengel et al., 2001). Estos indicadores proporcionan información valiosa para la toma de decisiones agrícolas y la gestión sustentable de los recursos naturales, permitiendo mejorar la producción de cultivos y conservar la calidad del suelo (Doran y Zeiss, 2000).
Los indicadores biológicos como la abundancia y diversidad microbiológica integran diversos indicadores en relación con la calidad del suelo como los subproductos de los microorganismos como hongos y bacterias (Hartmann et al., 2015). Soria (2016) señala que las actividades microbianas son determinantes de la ganancia o pérdida de fertilidad de los suelos y también de la velocidad con que se puede restaurar un suelo deteriorado por lo que son importantes para la agricultura ya que también pueden hacer simbiosis con las plantas.
3. Metodología
En esta investigación se pretendió evaluar y establecer relaciones entre las variables agronómicas y las variables químicas y biológicas del suelo entre la aplicación de dos dosis de compost y sus efectos en el suelo y en el cultivo de maíz. Para lograrlo esta investigación se dividió en cuatro etapas: preparación, trabajo de campo; análisis de laboratorio y trabajo de gabinete.
3.1 Etapa 1: Preparación y diseño experimental en campo
En esta etapa se seleccionaron los diseños experimentales: bloques completos al azar (BCA) y cuadrado latino (CL). Estos diseños experimentales se aplican en terrenos que no son totalmente homogéneos, donde pueden influir factores ambientales y de ese modo poder reducir el error experimental (Castañeda, 1978). También se hizo la elección de la dosificación de compost de 0 t/ha (testigo), 10 t/ha y 20 t/ha. Esto se debe a que 10 t/ha es la dosis que se utiliza en la Hacienda Pairumani y 20 t/ha es la dosis que la hacienda tiene la capacidad de incrementar. Se eligieron cuatro repeticiones para BCA (Figura 2) y tres para CL (Figura 3). Los diseños experimentales se implementaron en los terrenos de la hacienda al sur del museo de Villa Albina en la ubicación 19 K 785025.00 m E 8077233.00 m S.
A continuación, se presenta el modelo lineal del diseño experimental de CL.
La caracterización del compost se realizó con una primera parte de la descripción de la elaboración del compost y una segunda parte del análisis químico y biológico del compost. Para la descripción de la elaboración de compost se recopiló información bibliográfica de documentos, videos y observación de campo con los expertos en la elaboración del compost de la Hacienda Pairumani, luego se analizó y se sintetizó la información. El análisis de caracterización microbiana del compost fue realizado en el laboratorio de biotecnología de la Hacienda Pairumani con ayuda del Kit Pro DNeasy PowerSoil. Por otro lado, el análisis de fertilidad del compost fue realizado por el laboratorio de suelo y agua de la Universidad Mayo de San Simón (UMSS).
3.2 Etapa 2: Trabajo de campo
En esta etapa se realizó todo el trabajo de campo, como la implementación de los diseños experimentales de BCA y CL en las parcelas seleccionadas para que posteriormente se realice el levantamiento inicial de datos del suelo, el monitoreo del desarrollo de las plantas y los rendimientos del maíz y finalmente el segundo y tercer muestreo de suelos. El monitoreo de las variables agronómicas (altura de planta, diámetro de tallo, y área foliar) se escogieron debido a estudios realizados por Mamani y Echenique (2021) y Bonilla (2012).
La siembra de maíz se realizó en diciembre del 2023. Posteriormente se realizaron tres monitoreos de las variables agronómicas con un intervalo aproximado de un mes entre cada medición para realizar el análisis estadístico que se muestra en los resultados. En el monitoreo se tomaron datos de la altura de planta, diámetro del tallo y área foliar de cinco plantas elegidas al azar de cada unidad experimental. Las mediciones se realizaron en tres meses (enero, febrero, marzo) porque son los meses que corresponden a la etapa vegetativa donde el maíz se desarrolla más y debido a que coincide con el verano en el hemisferio sur (Fassio et al., 1998).
Para determinar el rendimiento del maíz se realizó la evaluación de dos productos que corresponden a ensilaje en el diseño experimental de CL y grano en el diseño experimental de BCA. Para la cosecha de ensilaje se cortó la base de cada planta dejando 30 cm del tallo para el rastrojo de cuatro hileras de cada unidad experimental dejando dos hileras de los bordes de cada unidad experimental para evitar el efecto de borde (Sánchez, Comunicación personal, 2023). Luego se procedió al pesado de la biomasa con ayuda de una balanza romana. Finalmente, se seleccionaron cuatro plantas al azar de cada unidad experimental y se las guardó en un saco de manera diferenciada entre tratamientos y repeticiones para su análisis ex-situ en laboratorio.
Para el rendimiento en grano se cosechó el total de las mazorcas de cada unidad experimental a un 30% de humedad y se las colocó en saquillos diferenciados por tratamiento y repetición. Con la ayuda de una balanza electrónica se pesaron los saquillos con las mazorcas y se anotó el peso de forma diferenciada por tratamiento y repetición. Finalmente, para determinar el rendimiento en grano se secaron las mazorcas en esteras expuestas al sol, durante aproximadamente un mes de forma diferenciada por tratamiento y repetición. Cuando las mazorcas llegaron a una humedad entre 11% y 13% se las pesaron en saquillos por tratamientos y repetición con ayuda de una balanza electrónica.
Para la extracción de muestras de suelo para su estudio microbiológico se realizaron dos muestreos. Un primer muestreo en la siembra del maíz y un segundo muestreo después de la cosecha en las parcelas de los diseños experimentales de BCA y CL. Para la extracción de muestras para el análisis químico del suelo se procedió con la extracción de una muestra de cada tratamiento y repetición. A diferencia con la extracción para el análisis microbiológico, la extracción para el análisis químico se realizó en un solo tiempo después de la cosecha. Para el muestreo de suelos destinado al análisis químico y microbiológico se utilizó el protocolo de muestreo de suelos propuesto por la Hacienda Pairumani (Azero y Aguilar, 2022).
3.3 Etapa 3: Análisis de laboratorio de las muestras de maíz y suelo
Para el cálculo de la materia seca en ensilaje, primero se procedió con el picado manual de la biomasa (tallo, hojas, flor y mazorcas) de la cual se seleccionó una mezcla mixta de 100 gr y se las secó en un horno a 60 oC durante 24 h hasta que tenga humedad constante, finalmente se pesaron 27 muestras tres de cada unidad experimental de la parcela CL en una balanza analítica (Bonilla, 2012;Vega, 2003).
El análisis de los parámetros químicos de N, P, K para determinar la fertilidad del suelo fue realizado por el Laboratorio de Suelo y Agua de la UMSS. En la Tabla 1 se presentan las técnicas utilizadas para cada parámetro químico:
Tabla 1. Parámetros y métodos de análisis en laboratorio. Fuente: Laboratorio de Suelo y Agua de la UMSS, 2023
| Parámetro | Método |
|---|---|
| Nitrógeno total | Digestión Kjeldahl |
| Potasio disponible | Digestión Nítrico-perclórica |
| Fosforo intercambiable | Colorimetría de vanadato |
| Materia orgánica | Método Walkley y Black |
Posteriormente, 12 muestras de la parcela BCA y nueve de la parcela CL extraídas en la etapa de cosecha y la misma cantidad en la etapa de post cosecha fueron analizadas por el Laboratorio de Biotecnología de la Hacienda Pairumani, con el kit Dneasy Soil Power para la caracterización molecular. La técnica molecular utilizada fue el análisis de polimorfismos en la longitud de fragmentos de restricción terminal denominada T-RFLP del gen 16S ARNr y los resultados fueron contrastados con la digestión mediante el programa Microbial Comunnity Analysis III (MiCA) para la asignación de géneros y especies de bacterias.
3.4 Etapa 4: Trabajo de gabinete
Para el análisis estadístico tanto de las variables agronómicas como de los parámetros químicos de fertilidad del suelo se realizó un análisis de varianza: Generalized Linear Model (GLM) con un nivel de confianza del 95% (α = 0,5). Posteriormente se realizó una prueba de rangos múltiples por el método de Tukey. Para el análisis se utilizó el programa estadístico Statistical Analysis System (SAS). Por un lado, para la caracterización molecular se realizó un análisis de varianza, con la distribución de Poisson, bajo el procedimiento GLM con un nivel de confianza del 99% y se calculó el índice de diversidad de Shannon de riqueza y abundancia.
El análisis económico se realizó con base en el Manual Metodológico de Evaluación Económica del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT, 1988). Para su cálculo se realizó una evaluación de costos incrementales para determinar la contribución a los costos fijos de la hacienda por cada tratamiento. Cabe recalcar que los datos que se utilizaron son de los costos que manejaba la Hacienda Pairumani en el año 2012. Para determinar los costos de producción se tomaron en cuenta:
Costos de producción de 10 t/ha y 20 t/ha de compost
Costos de los aditivos utilizados para la producción de compost.
Costos de producción, para 35 kg y 70 kg que llegarían a ser la dosificación de 10 t/ha y 20 t/ha aplicados en cada unidad experimental de las parcelas.
La Tasa de Retorno Marginal (TRM) se utiliza para evaluar si una inversión adicional es viable económicamente (CIMMYT, 1988) y se calcula con la formula:
BMg
Donde:
TRM = Tasa de retorno marginal
BMg = Beneficio marginal
CMg = Costo marginal de producción
4. Resultados
Los resultados se dividen en la caracterización de la elaboración del compost en la Hacienda Pairumani, análisis de las variables agronómicas del desarrollo del maíz y del rendimiento del cultivo de maíz, el análisis químico (N, P, K y MO) y diversidad biológica del suelo y finalmente el análisis económico de la aplicación de compost en los distintos tratamientos.
4.1 Caracterización del compost producido en la Hacienda Pairumani
La Hacienda Pairumani cuenta con 230 cabezas de ganado ubicados en el establo donde se produce un aproximado de 2.860 t/año de estiércol que llegaría a ser la fuente de nitrógeno para la producción de compost. El estiércol es acumulado en dos fosas premezcla (Escobar, 2010). Asimismo, Sánchez (2010) indica que los purines son recolectados en los corrales y dirigidos a una purinera donde son tratados con un tratamiento aeróbico. Anualmente se produce aproximadamente 157 m3 de purín. La fuente de carbono para el compostaje proviene de la chala del maíz. De las 110 ha destinadas al cultivo de maíz se selecciona 67 t de chala seca picada para compostaje.
Una vez obtenido los materiales en el área de compostaje se procede con la elaboración de compost en hilera, usando maquinaria. Una compostadora homogeniza la mezcla dándole forma triangular y evita que se formen terrones; como resultado se obtienen pilas de compost de 2,5 m de base, 1,20 m de alto y el largo de acuerdo con requerimiento. El compost tarda aproximadamente 120 días (3-4 meses) en estar maduro y listo para la aplicación, por lo que Waqas et al. (2023) indican que no siempre se puede cumplir con la demanda de fertilización por lo que se necesite aplicar técnicas para acelerar su maduración. En la Hacienda Pairumani se utilizan preparados biodinámicos como la Milenrama (Achillea millefolium), Roble (Quercus robur), Manzanilla (Matricaria chamomilla), Diente de león (Taxacum officinale), Ortiga (Urtica dioica) y Valeriana (Valeriana officinalis) que por sus características químicas ayudan a regular los procesos del compostaje.
Además, se realizan controles de calidad del compost cada 15 días para controlar el proceso de transformación mediante pruebas propuestas por la Hacienda Pairumani, como el test de la vara de madera, el test de olor y color y test de calidad del compost. Estas pruebas resultaron ser prácticas y sencillas por lo que se realizaron cartillas con esta información para la difusión de la práctica del compostaje. El test de control de compost propuesto por la hacienda está de acuerdo con la FAO (2022) con el control de los parámetros de oxígeno, humedad, temperatura, inocuidad deben estar bajo vigilancia constante para que estén siempre dentro de un rango óptimo.
En la siguiente tabla se presentan los resultados del análisis del compost semi maduro que se refiere a un compost que no termino su proceso de maduración y tiene un tiempo de maduración aproximado de 90 días. En ella se observa la comparación de los valores de los parámetros químicos del compost producido en la Hacienda Pairumani con la norma de calidad de compost del Departamento de Medio Ambiente de Chile:
Tabla 2. Análisis químico del compost
| Parámetros | Valores del compost | Valores de referencia |
|---|---|---|
| pH | 8,80 | 6,0-8,5 |
| Nitrógeno total (%) | 2,35 | 0,4-3,5 |
| Fosforo total (%) | 0,41 | 0,1-1,6 |
| Potasio disponible (%) | 0,67 | 0,4-1,6 |
| Materia orgánica (%) | 86,72 | 25% |
| Relación C/N | 21,50 | 10-30 |
| Conductividad eléctrica (Millimhos/cm) | 7,30 | 5-12 |
Fuente: Con base en la Norma de Calidad de Compost (2000, pág. 7)
La Tabla 2 reporta que los valores del compost están dentro los rangos de los valores de referencia y también están dentro los rangos sugeridos por el manual del compostaje de la FAO (2022). En el caso de los macronutrientes K (0,67 %) y P (0,413 %) muestran valores bajos, no obstante, se encuentran dentro de los rangos aceptables, en el caso del N (2,347%) presenta valores intermedios y el compost presenta una buena cantidad de MO (86,72%) debido a que se trata de un compost semi maduro.
Según Bohórquez (2019) la relación (C/N) es un indicador importante de la estabilidad y la descomposición del compost y su relación ideal es 20:1 a 30:1. Esto indica que hay suficiente nitrógeno disponible para descomponer el carbono orgánico y evitar la inmovilización de nutrientes en el suelo. El compost de la Hacienda Pairumani al tener una relación de C/N de 21,5 indica que este valor está dentro el rango.
4.2 Evaluación de las variables agronómicas
Se tuvieron los siguientes resultados de las variables agronómicas tanto para las de desarrollo vegetativo como del rendimiento del maíz donde se encontraron diferencias significativas entre tratamientos donde los efectos de la dosis de compost a 20 t/ha mostraron mejores resultados frente al tratamiento de 10 t/ha. A continuación, en la Tabla 3 se muestra el análisis integral de las variables agronómicas para cada uno de los tratamientos, siendo T0 el testigo, T1 el tratamiento con 10 t/ha de compost y el tratamiento T2 con 20 t/ha de compost. Se utilizo el software SAS con el método GLM con un nivel de confianza 95% (a = 0,05) y posteriormente la prueba de rangos múltiples por el método de Tukey donde se observaron las medias de cada variable y tratamiento para determinar los grupos de diferenciación.
Tabla 3. Análisis integral de las variables agronómicas
| Variables agronómicas | T0 (testigo) | T1 (10 t/ha) | T2 (20 t/ha) |
|---|---|---|---|
| Altura de planta (m) | 119,30 b | 141,95 ab | 155,00 a |
| Área foliar (cm2) | 360,30 b | 403,49 ab | 435,48 a |
| Diámetro del tallo(mm) | 30,65 a | 30,85 a | 32,50 a |
| Peso de campo de mazorcas (t/ha) | 3,25 b | 4,46 ab | 5,46 a |
| Materia seca de mazorcas (t/ha) | 1,74 b | 2,62 ab | 3,58 a |
| Largo de mazorcas (cm) | 13,65 c | 16,01 b | 17,77 a |
| Diámetro de mazorcas (mm) | 48,30 a | 49,35 a | 50,80 a |
| Materia verde de ensilaje (t/ha) | 40,21 a | 49,14 a | 57,65 a |
| Materia seca de ensilaje (t/ha) | 34,47 b | 37,67 ab | 41,20 a |
Como se puede observar en la Tabla 3, la dosificación de 20 t/ha de compost favoreció en el desarrollo de la planta, tanto en la altura de planta, como el diámetro de tallo como también al largo de la mazorca y benefició a los rendimientos de grano y ensilaje. Sin embargo, no presentó una mejora en el diámetro de tallo y en el largo de mazorca. En concordancia con Fortis-Hernández et al. (2009) y Velásquez (2021) señalan un incremento en la dosis de compost como en el caso de 20 t/ha provoca un mayor enraizamiento lo que incrementa el bioma aéreo como el tamaño de las hojas y la planta lo que contribuye a un incremento en el rendimiento de ensilaje y grano. Por una parte, López (2001) sugiere la aplicación de 20 t/ha y 30 t/ha de compost para tener un rendimiento mayor de grano, el autor en su estudio obtuvo 5,6 t/ha de grano. Mientras que este estudio tuvo un resultado similar con un rendimiento de 5,4 t/h en grano.
4.3 Análisis químico y microbiológico del suelo
Se realizó el análisis estadístico de Tukey con los resultados de laboratorio de los parámetros químico (N, P, K y MO) de fertilidad del suelo producido por las diferentes dosificaciones de compost en el suelo. Para poder comparar y determinar qué tratamiento aporta mayor fertilidad al suelo. En la siguiente tabla se muestra que los efectos de la dosis de compost a 20 t/ha fueron superiores para la mejora de la fertilidad del suelo debido a que este tratamiento presentó una diferencia estadística significativa (α = 0,05)
Tabla 4. Análisis integral de los parámetros químicos de fertilidad del suelo.
| Parámetro | T0 (testigo) | T1 (10 t/ha) | T2 (20 t/ha) |
|---|---|---|---|
| Nitrógeno (%) | 0,0741 a | 0,070 a | 0,121 a |
| Fósforo (ppm) | 12,025 b | 13,000 b | 23,825 a |
| Potasio (me/100g) | 0,168 b | 0,230 ab | 0,353 a |
| Materia Orgánica (%) | 1,748 b | 2,070 ab | 2,498 a |
Fuente: Elaboración propia con base en Laboratorio de Suelo y Agua de la UMSS, 2023
Como se puede observar en la Tabla 4, la dosis de 20 t/ha de compost tuvo mayor concentración de macronutrientes y materia orgánica en el suelo, en comparación con los otros tratamientos. En similitud con Fortis-Hernández et al. (2009) un incremento en las dosis de compost entre 20 t/ha mejora la composición del suelo y contribuye a la presencia de nitratos y macronutrientes en el suelo (N, P, K). El incremento en la aplicación compost en suelo puede mejora la concentración de macronutrientes en el suelo del cultivo de maíz (Álvarez-Solís et al., 2010).
Por otro lado, no se mostraron diferencias significativas en la concentración de nitrógeno. Una causa de que no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos y la concentración de nitrógeno en el suelo sea bajo se debe al consumo de las plantas y de la biota del suelo y probablemente por el sistema de riego que contribuyo al transporte de nitratos (Cueto-Wong et al., 2006).
Para la caracterización molecular se identificaron los valores de los índices de abundancia diversidad y riqueza de microorganismos de Shanon en el suelo por efecto de la dosificación de compost para el estudio en grano y ensilaje en las parcelas experimentales de BCA y CL en dos momentos de muestreo (siembra y cosecha). El análisis se realizó con base en los resultados del laboratorio de Biotecnología de la Hacienda Pairumani.
4.3.1 Caracterización molecular de la parcela de Bloques Completos al Azar
No se encontraron diferencias significativas (Pr >0,0001) entre los momentos de muestreo del tratamiento T0 m1 (momento 0), en relación con T0 m2 (después de la cosecha). Por otro lado, en los dos momentos de muestreo y entre tratamientos se encontraron de manera general diferencias significativas en la abundancia de T-RFs. En la Tabla 5 se reportan los resultados de la caracterización molecular.
La técnica de polimorfismos en la longitud de fragmentos de restricción terminal denominada T-RFLP del gen 16S ARNr aísla el ADN de las muestras para identificar de forma molecular las comunidades de microorganismos, por género en el Sofware Microbial Comunnity Analysis III (MiCA), no obstante, esta técnica no identifica la especie de bacterias. La abundancia se refiere a la cantidad de microorganismo encontrados en la muestra, la riqueza se refiere a las diferentes comunidades de microorganismos y la diversidad se refiere al equilibrio entre la abundancia y la riqueza.
En el análisis molecular para el grano, el tratamiento T2 presenta diferencias significativas con los tratamientos T0 y T1 en relación con la abundancia de microorganismos. No así en términos de diversidad y riqueza, los mismos disminuyen en la cosecha en relación con los otros tratamientos. El tratamiento T1 presenta diferencias significativas respecto al testigo en relación con la abundancia y una tendencia similar de disminución en diversidad y riqueza en la cosecha.
Finalmente, el tratamiento T0 presenta un estado inicial de suelo con la menor abundancia, pero con una diversidad y riqueza superior en relación con los otros tratamientos producto de un suelo que fue manejado a nivel agrícola con rotación de cultivos (cereales y leguminosas) principalmente del cultivo de vicia y aplicación de compost de 10 t/ha por más de 10 años. La Vicia (Vicia villosa) fija nitrógeno en suelo ayudando a las bacterias simbióticas y promueve la simbiosis de microorganismos con la planta con la formación de micorrizas y es ideal para la rotación de cultivos en el suelo (Scholberg et al., 2010).
Tabla 5. Parámetros microbiológicos de la parcela BCA.
| Momento de muestreo | Tratamientos | Abundancia | Diversidad | Riqueza | T-RFs |
|---|---|---|---|---|---|
| Siembra | T0 m1 | 12.702,831 | 2.722 | 39 | 54-55 |
| Cosecha | T0 m2 | 12.514,688 | 2.438 | 36 | 54-55 |
| Cosecha | T1 m2 | 13.024,545 | 1.932 | 35 | 188-189 |
| Cosecha | T2 m2 | 13.301,483 | 1.880 | 29 | 188-189 |
Fuente: Laboratorio de Biotecnología de la FUSIP, 2023
Nota: m1 (siembra), m2 (cosecha); T0 (testigo), T1 (10 t/ha), T2 (20 t/ha)
4.3.2 Caracterización molecular para la parcela de Cuadrado Latino
Se encontraron diferencias altamente significativas en los tratamientos entre el primer momento (siembra) y entre el segundo momento de la cosecha (Pr <0,0001). En la Tabla 6 se reportan los resultados de la caracterización molecular.
Tabla 6. Parámetros microbiológicos de la parcela CL
| Tratamiento | Abundancia | Diversidad | Riqueza | T-RFs |
|---|---|---|---|---|
| T0 (testigo) | 7.517,148 | 2.736 | 30 | 92-93 |
| T1 (10 t/ha) | 6.656,237 | 2.799 | 30 | 188-189 |
| T2 (20 t/ha | 7.080,266 | 2.730 | 27 | 188-189 |
Fuente: Laboratorio de Biotecnología de la FUSIP, 2023
En el análisis molecular de los tratamientos muestran diferencias significativas. El tratamiento T1 es mayor en diversidad con relación al tratamiento T2 que presenta una mayor abundancia de microorganismos en relación con el tratamiento T1. Sin embargo, presenta una menor diversidad representando un desequilibrio de las comunidades de microorganismos en el suelo. Este desequilibrio puede deberse a la competencia entre los microorganismos del compost con los microorganismos del suelo, al entrar en competencia, la abundancia de microorganismos de algunas comunidades se puede ver reducida. sugieren que después de cierto punto, la diversidad microbiana puede estabilizarse o incluso disminuir debido a la competencia entre diferentes grupos microbianos por los nutrientes disponibles. Esto se reflejó en los resultados de esta investigación que mostraron que el tratamiento de 10 t/ha de compost fue el que mejor equilibrio presentó al tener el mejor valor de diversidad de microorganismos (Yin et al., 2015).
La parcela de estudio representa un monocultivo de diversos años con maíz, en el presente estudio se observó que la adición de 10 t/ha mejora la diversidad inicial del suelo. Sin embargo, la abundancia de microorganismos disminuye. También se observó que al aplicar 20 t/ha de compost la abundancia de microorganismos es mayor a la de 10 t/ha. En el ensayo se observó comunidades de microorganismos benéficos en la restauración de suelo en mayor abundancia en los tratamientos T1 y T2. Es probable que a mayor dosis de compost se genere una mayor abundancia de estos microorganismos beneficiosos en los suelos degradados por los monocultivos. El uso de compost como enmienda orgánica promueve el microbiota del suelo y mejora su expresión génica, al reponer y mejorar las abundancia y diversidad de microorganismos beneficiosos en el suelo como Photobacterium, Pseudomonas, Glycomyces y Blastococcus involucrados en el ciclo del N y C y en la degradación de celulosa (Hernández-Lara et al., 2023).
El uso de compost como enmienda orgánica promueve el microbiota del suelo y mejora su expresión génica, al reponer y mejorar la abundancia y diversidad de microorganismos beneficiosos en el suelo involucrados en el ciclo del N y C y en la degradación de celulosa (Hernández-Lara et al., 2023). El compost, como fuente rica de materia orgánica, aporta una gran variedad de sustratos que promueven la diversidad y la abundancia microbiana en el suelo y puede incorporar microorganismos beneficiosos como las micorrizas (Hartmann et al., 2015).
Sin embargo, es importante señalar que existe un punto de saturación en el que el aumento de la dosis de compost que puede no conducir a un aumento significativo en la diversidad microbiana. Yin et al. (2015) sugieren que después de cierto punto, la diversidad microbiana puede estabilizarse o incluso disminuir debido a la competencia entre diferentes grupos microbianos. Esto se reflejó en los resultados de esta investigación que mostraron que el tratamiento de 10 t/ha de compost fue el que mejor equilibrio presentó al tener el mejor valor de diversidad de microorganismos. Es difícil determinar un manejo exacto de agricultura orgánica y de igual manera determinar la dosis exacta de compost que sea mejor para la abundancia y diversidad de microorganismos, debido a que mucho de los factores influyen como la rotación de cultivos, la calidad del compost, el tipo de monocultivo y efectos ambientales, por lo que se debe pensar en un manejo equilibrado y realizar más estudios sobre la biología del suelo (Hartmann et al., 2015; Sugiyama et al., 2010).
4.4 Análisis económico
En el análisis económico se tomaron en cuenta los parámetros del costo de la elaboración del compost para 10 t y 20 t, el costo de la implementación y mantenimiento del cultivo de maíz y finalmente los costos de la cosecha y el desgrane en el caso del estudio en grano y la cosecha con la maquina picadora en el caso den ensilaje. En la Tabla 6 se presenta el análisis económico de la rendición en la aplicación de 0 t/ha,10 t/ha y 20 t/ha de compost.
Para el cálculo de la tasa de retorno marginal se utilizaron los datos del costo de producción del maíz en Bs y el rendimiento de maíz en kg/ha de cada tratamiento. Finalmente, se dividió el beneficio marginal entre el costo marginal de producción.
Se puede apreciar que la aplicación de 20 t/ha de compost es la que mejor resultados reporta en relación con la aplicación de 10 t/ha y con los rendimientos sin aplicación de compost. Esta dosificación reportó la mejor utilidad tanto para grano como ensilaje y tener una relación costo beneficio mayor a 1 y la mayor tasa de retorno que es de 97% para grano y 15% para ensilaje que indica que es recomendable la aplicación de compost en esa dosis. Los resultados económicos del tratamiento sin aplicación de compost fueron los más bajos tanto en la utilidad como en la relación costo beneficio, como en el caso del ensilaje donde se tuvo un valor por debajo de 0 y una tasa de retorno negativo de -10% que indica que no es confiable la producción de maíz sin compost. Por otro lado, (Paez, 2015) indica en su estudio que las aplicaciones de 10, 15 y 20 t/ha de compost indican que tuvieron una relación costo veneficio buena y una tasa de retorno recomendable, en especial en el tratamiento de 20 t/ha que fue el que mejor rendimiento obtuvo.
En respuesta al objetivo general con relación al análisis económico, los resultados mostraron que el tratamiento T2 de 20t/ha representa una inversión segura para mejorar tanto el rendimiento de maíz como las utilidades en la Hacienda Pairumani. Según recomendación de Villar et al. (2016) las dosis de compost recomendado están en el rango de 10 a 20 t/ha pueden ser beneficiosas para el maíz. Para la determinación del mejor rendimiento de maíz con compost se basa en ensayos de campo y pruebas de dosificación que pueden variar según la región y las condiciones específicas del suelo.
Tabla 7. Análisis económico de la aplicación de compost
| Maíz compuesto 20 | Niveles de Compost | Utilidad Bs | Beneficio/Costo | Tasa de retorno marginal % |
|---|---|---|---|---|
| Grano | 0 t/ha | 4.148,38 | 1,178 > Aceptable | 18 |
| 10 t/ha | 6.597,98 | 1,680 > Aceptable | 68 | |
| 20 t/ha | 8.551,98 | 1,973 > Aceptable | 97 | |
| Ensilaje | 0 t/ha | 6.031,5 | 0,899 < Rechazable | -10 |
| 10 t/ha | 7.182,0 | 1,005 = Dudable | 0 | |
| 20 t/ha | 8.575,5 | 1,150 > Aceptable | 15 |
5. Conclusiones
Para concluir, este estudio estableció la evaluación de dos niveles de compost en la Hacienda Pairumani donde se demostró que la aplicación precisa de compost en este caso 20 t/ha aumentó significativamente el desarrollo y rendimiento de maíz (Zea mays) con un aumento del 68% en producción de mazorcas y un 43% en ensilaje. De la misma forma se contribuyó a la restauración del suelo al mejorar su fertilidad debido al incremento en la concentración de macronutrientes como el P, K y mejorar la cantidad de MO en el suelo. En cuanto a la mejora de la diversidad, abundancia y riqueza de microorganismos en el suelo, la aplicación de 10 t/ha sigue siendo la dosis más recomendable al presentar el mejor equilibrio. En cuanto el rendimiento económico tanto la aplicación de 10 t/ha y 20 t/ha son recomendables, pero la aplicación de 20 t/ha presenta más confianza es esta inversión, por tanto, se sugiere la incrementar la aplicación a 20 t/ha de compost para el cultivo de maíz. Finalmente, esta investigación muestra que el aumento de la dosificación de 20 t/ha de compost es viable económicamente contribuyendo en la restauración del suelo, en el rendimiento del maíz en cuanto grano y ensilaje.
