Artículo Original
Los bioestimulantes: Una innovación en la agricultura para el cultivo del café (Coffea arábiga L)
Biostimulants: An innovation in agriculture for coffee cultivation (Coffea arabica L)
Valverde-Lucio Yhony*, Moreno-Quinto Josselyn, Quijije-Quiroz Karen, Castro-Landín Alfredo, Merchán-García Williams, Gabriel-Ortega Julio
Universidad Estatal del Sur de Manabí (UNESUM), Facultad de Ciencias Naturales y de la Agricultura, km 1.5 vía Noboa, Campus los Ángeles, Jipijapa, Manabí, Ecuador.
]]> *Dirección de contacto: Universidad Estatal del Sur de Manabí (UNESUM). Facultad de Ciencias Naturales y de la Agricultura. km 11/2 vía Noboa s/n Campus los Ángeles, Jipijapa, Ecuador. Telf. +05-2600229.Yhony Valverde-Lucio E-mail address: yhonny.valverde@unesum.edu.ec
Historial del artículo.
Recibido agosto 2019.
Devuelto noviembre 2019
Aceptado diciembre, 2019.
Disponible en línea, febrero 2020.
Resumen
]]> La investigación se realizó en Jipijapa en la localidad de Andil, el objetivo fue evaluar el comportamiento fisiológico y morfológico del café arábigo en la etapa de vivero a la aplicación de los bioestimulantes: Starlite, Humega, Micorriza y Evergreen, en comparación con la Urea. Se aplicó el diseño experimental completamente al azar, se empleó arreglo factorial de repeticiones en el tiempo en las variables morfológicas, la prueba de Tukey se aplicó a partir de las diferencias estadísticas encontradas. Los resultados obtenidos a nivel fisiológico, establecieron diferencia significativa p<0.05 en las variables materia seca, humedad y nitrógeno (N), siendo los bioestimulantes Starlite y Evergreen los mejores en MS, y al Humega y Evergreen en contenido de N. Hubo mejor respuesta a la asimilación de clorofila (Cl) por parte de todos los bioestimulantes, superando de manera general a la urea, siendo los mejores Micorriza y starlite, estableciendo una correlación positiva alta entre el N y la Clorofila. En lo referente al desarrollo morfológico se encontró mejor respuesta de la urea, y a nivel de bioestimulantes, el Humega y la Micorriza expresaron mejores resultados, todos entre los 90 y 120 días.Palabras clave: Materia seca, fisiología, morfología, clorofila, nitrógeno, correlación, medidas en el tiempo.
Abstract
The research was carried out in Jipijapa in the town of Andil, the objective was to evaluate the physiological and morphological behavior of Arabic coffee in the nursery stage to the application of biostimulants: Starlite, Humega, Micorriza and Evergreen, compared to Urea. The experimental design was applied completely at random, factorial arrangement of repetitions over time in the morphological variables was used, the Tukey test was applied based on the statistical differences found. The results obtained at the physiological level, established a significant difference p <0.05 in the variables dry matter, humidity and nitrogen (N), with the biostimulants Starlite and Evergreen being the best in MS, and to the Humega and Evergreen in content of N. There was a better response to the assimilation of chlorophyll by all biostimulants, generally exceeding urea, being the best Micorriza and Starlite, establishing a high positive correlation between N and Chlorophyll. Regarding morphological development, a better urea response was found, and at the level of biostimulants, Humega and Mycorrhiza expressed better results, all between 90 and 120 days.
Key words: Dry matter, physiology, morphology, chlorophyll, nitrogen, correlation, measurements over time.
Introducción
El café en el Ecuador, es un cultivo de gran importancia económica, ya que cuenta con 199 215 ha cultivadas, 68% corresponde a Coffea arabica y 32% C. canephora1, distribuido en 23 de las 24 provincias del país, por tanto, está relacionado con un amplio tejido social y económico, esta última se basa en la generación de empleo para 105 000 familias productoras, así como 700 000 familias vinculadas a los procesos de comercialización, industrialización, transporte y exportación2. Su producción se concentra en las provincias de Manabí (especialmente en la localidad de Jipijapa), Loja y estribaciones de la Cordillera Occidental de los Andes3.
Esta producción, presentó un comportamiento variable en los últimos quince años, período 2002-2011 se observó una tendencia creciente, con un cambio drástico el año 2012, produciendo una caída significativa del 69% respecto al año 2011. Este comportamiento fue ocasionado por un descenso del 8% en la superficie cultivada, con la caída del 62% en rendimiento, en ese periodo. La avanzada edad de las plantaciones y su renovación fueron las principales causas de este declive productivo4. Si bien Ecuador es uno de los pocos países que produce dos tipos de café, el Arábico y Robusta (C. canephora), la producción de café ha sufrido una vertiginosa caída desde los años 90´s que no ha podido ser recuperada hasta la fecha5.
]]> Un bioestimulante es cualquier sustancia o microorganismos que, al aplicarse a las plantas, son capaces de mejorar su eficacia, en absorción y asimilación de nutrientes, tolerancia a estrés biótico, abiótico o mejorar alguna de sus características agronómicas, independientemente en el contenido de nutrientes6, proporciona incrementos adicionales en los rendimientos de los cultivos, estimula y vigoriza desde la germinación hasta la fructificación. Reduce el ciclo del cultivo, potenciando la acción de los fertilizantes, lo que permite reducir entre 30 % y 50 % la dosis recomendadas7. Estos bioproductos, están asociados a la nutrición, relaciones con el agua, estructura del suelo, pH, metales pesados y patógenos8. Gracias a los bioestimulantes, las plantas obtienen nutrientes capaces de reducir los impactos no deseados al medio ambiente, a la vez que aseguran que los agricultores obtengan un mayor retorno en sus inversiones. Mejoran la calidad de los cultivos: Con su uso, el cultivo tiene una mayor calidad (contenido en azúcares, color, firmeza y absorción de nutrientes)9.En una investigación realizada en México, evaluó la respuesta de las plantas de café en etapa de vivero, manejaron bajo un enfoque ecológico, utilizaron tres abonos orgánicos (AO) (composta, bocashi y vermiabono) bajo diferentes proporciones (25, 50, 75 y 100%), indican que los AO dieron mejores beneficios en la producción de plantas de café, sobresaliendo 25 y 50%10. Para el número de hojas la proporción mayor fue al 50% de composta, cuantificándose mayor peso seco y verde de raíz, tallo y hojas, lo que considera como un tratamiento pertinente para la producción de plántulas de café en la etapa de vivero10.
Estudios realizados en Manabí identificaron mejores características productivas en las variedades: Sarchimor (18%), Caturra (17%) y Catuai (14%)4. En tanto las variedades e híbridos promisorios de café que se adaptan mejor y presentan características morfológicas deseables a las condiciones agroecológicas de la zona Sur de Manabí son las variedades: Pache, Caturra rojo-Pichilingue, Acawa, Híbrido Catimor 8664 y el Híbrido Sarchimor 426011.
En Ecuador no existen trabajos de rigor científico que hayan evaluado bioestimulantes de línea orgánica en la producción de café arábigo en etapa de vivero, en este sentido el objetivo de este trabajo fue el identificar los bioestimulantes que contribuyan a mejorar las características morfológicas y fisiológicas de las plantas de café arábigo en vivero.
Materiales y métodos
El trabajo de investigación se desarrolló en la finca de la Universidad Estatal del Sur de Manabí (UNESUM) perteneciente al cantón Jipijapa, cuenta con un clima estepa local considerado BSh, una variante del clima subtropical seco y del semi-árido cálido, la temperatura media anual es 23.7 °C, la precipitación promedios es de 537 mm12.
Las semillas fueron seleccionadas de un cultivo de café Sarchimor 42-60 (5 años), que es de UNESUM, se utilizó 0.5 kg, se sembró en un semillero de 1 m x 1 m, las semillas germinaron en un promedio de 45 días, a los 60 días fueron trasplantadas a las fundas (23 cm x 10 cm). El sustrato fue preparado con un 40 % tierra negra, 40 % arena de rio, y 20 % de compost a fin de garantizar su textura y fertilidad. El sustrato fue desinfectado con un producto comercial (Imbio neen), de origen natural que actúa como fungicida e insecticida.
Para el desarrollo del ensayo se construyó un vivero de caña guadúa, cady, sarán, con dimensiones de 4 x 4 m, se construyeron las platabandas para un manejo de la investigación.
El desarrollo de la investigación implicó trabajo de laboratorio, se midió materia seca MS, humedad (H), nitrógeno (N), absorción de clorofila (Cl), y la toma de datos de aspectos morfológicos, que midió las variables, altura de planta (AP), diámetro de tallo (DT) y número de hojas (NH).
]]> Los equipos y métodos utilizados a nivel de laboratorio, fueron: para medir MS y H, se requirió en promedio 300 g de hojas por tratamiento, se utilizó una estufa de gran capacidad, con ventilación por aire forzado, con un volumen interior de 270 dm3 para la determinación a 102 °C y 60 °C, respectivamente, con bandejas perforadas con orificios de 1 cm y situadas a 20 cm de distancia entre dos sucesivas, considerando un tiempo de desecación de 24 h. En función de la temperatura de secado, se obtuvieron los % de MS: a 60 °C (MS60) y a 102 °C (MS102), pesando en caliente13.Las pruebas de laboratorio se realizaron en la UNESUM, laboratorio de Bromatología, la medición del N, se realizó, utilizando el método Kjeldahl, técnica que digiere los nitrógenos y otros componentes orgánicos de los alimentos en una mezcla con ácido sulfúrico en presencia de catalizadores. Las reacciones llevadas a cabo en el método de Kjeldahl fueron: digestión, catalización y titulación14, el factor proteico aplicado fue el de 6.25.
Las Cl tienen típicamente dos grupos de absorción en el espectro visible: En la zona de la luz azul (400-500 nm). En la zona roja del espectro (600-700 nm). Las Cl reflejan la parte media de color verde (500-600 nm), se empleó un: Sonicador Ultrasónico o mortero de vidrio, centrífuga de mesada: 3000 rpm, solución saturada de MgCO3, el procedimiento consistió en agregar 1 g de MgCO3 a 100 mL de agua reactivo, filtrar sobre membrana de fibra de vidrio de 1 μm de poro, aplicación de acetona 90%15.
Para identificar el bioestimulante que propicie mayor desarrollo morfológico en plántulas de café arábigo (C. arabiga) en etapa de vivero se tomaron datos de: AP (cm), empleando una regla graduada, DT (mm) empleando un calibrador Vernier, y NH.
Análisis estadístico. Se aplicó en las pruebas de laboratorio el diseño completamente al azar, y en la medición morfológica se utilizó el diseño experimental completamente aleatorio, con repeticiones en el tiempo16. Considerando los tiempos como factor A: 30, 60, 90, y 120 días, el factor B: fueron los tipos de bioestimulantes orgánicos, Humega, Evergreen, Starlite, Micorriza y como testigo la urea. Se establecieron 17 tratamientos, 16 por combinación de factores y el testigo que en este estudio fue la urea. Cada tratamiento tuvo 15 unidades experimentales (UE) (plantas), empleándose un total de 75 plantas.
Previo análisis de varianza se determinó si las variables de estudios tenían distribución normal y homogeneidad de varianzas, las que fueron ratificadas. Por tanto, procedió a aplicar el ANOVA y la correlación de Pearson. El análisis estadístico se realizó en el software Infostat; la comparación de las medias se realizó mediante la prueba de Tukey al 0.05 % de probabilidad16.
Resultados
La evaluación del comportamiento fisiológico (contenido de N) de café arábigo (C. arabiga), se realizó la toma de muestras de cada uno de los tratamientos, a partir de las hojas de las plantas, se deshidrataron hasta obtener MS y contenido de N (tabla 1).
]]> El análisis de H reporto diferencias estadísticas altamente significativas entre tratamientos, con un p-valor de 0.0069. El resultado obtenido motivó la aplicación de prueba de tukey, cuyo resultado expresa que la urea como testigo presentó mejor respuesta fisiológica frente al resto de tratamientos, en orden de importancia estuvieron los bioestimulantes Humega y Starlite. En lo que respecta a MS, los mejores resultados se presentaron por los bioestimulantes Starlite, Humega y Evergreen respectivamente. El ANOVA en función al p-valor que se obtuvo de 0.0418, estableció diferencia significativa con 95% de confianza, lo que motivó el respectivo análisis de significación, mismo que determinó alto contenido de MS en los bioestimulantes.Los resultados del análisis de N, ratifican los obtenidos en la determinación de H, Con un p-valor de 0.0226 lo que implica diferencia estadística entre tratamientos con el 95 % de confianza, los análisis de los resultados por medio de la prueba de significación de tukey, estableció como mejor tratamiento al testigo, seguido de los bioestimulantes Humega y Evergreen respectivamente, contrario a lo que se podría suponer con respecto al contenido de MS, el hecho de existir más contenido de MS no garantizó mayor presencia de N.
En lo que respecta a la determinación del bioestimulante que incide en una mejor absorción de Cl y su relación con el contenido de N. Se realizó la respectiva prueba de laboratorio, se aplicó el método de absorbancia. El ANOVA dio como resultado alta significancia a nivel de bioestimulantes, con un 99% de confianza, la tabla 2, se describe la diferencia altamente significativa entre tratamientos con un p-valor de 0.0039.
La prueba de significación de la variable Cl, se determina como mejores tratamientos a los bioestimulantes Micorriza y Starlite (figura 1).
En lo referente a la identificación del bioestimulante que propicie mayor desarrollo morfológico en plántulas de café arábigo (C. arabiga), fue necesario hacer un análisis integral del ensayo (tabla 3), realizando un análisis de medidas repetidas en el tiempo (30, 60, 90 y 120 días).
Se aplicó el diseño completamente al azar con observaciones en el tiempo, se sumó el factor tiempo al factor bioestimulantes. Las variables analizadas que se relacionan con el desarrollo morfológico de la planta fueron: DT, AP, y NH.
El ANOVA-factorial, a nivel de AP, DT y NH, presentan un valor de p<0.05 no identificó interacción entre los factores: bioestimulantes y tiempo. Sin embargo, en los ANOVA para este tipo de ejercicios experimentales, se entiende que cuando la interacción bioestimulante* tiempo, es significativa (p< 0.05), es mejor analizar cada fecha separadamente, entendiendo que esta interacción puede disimular diferencias verdaderas entre bioestimulantes. Por lo expuesto y ante los resultados obtenidos, se resolvió aplicar la prueba de significancia de Tukey (tabla 4), el ejercicio determinó diferencias estadísticas entre bioestimulantes. Apreciando que el testigo (urea) expresó mejor respuesta morfológica, y a nivel de bioestimulantes el Humega y la Micorriza, todos entre los 90 y 120 días, lo que da la pauta para comprender que, a mayor tiempo, mejor se expresa la respuesta del fertilizante y bioestimulantes en la planta de café en la etapa de vivero.
]]>
Se estableció una correlación significativa negativa (tabla 5) entre humedad y MS (-0.68) y una correlación positiva significativa entre la H y el contenido de N (0.52). Así mismo, se observó una correlación significativa negativa entre la MS y el contenido de N (-0.57) y finalmente se determinó una correlación negativa entre el contenido de N y el contenido de Cl (-0.78).
Discusión
La presente investigación busca contribuir a definir y entender las contribuciones de los bioestimulantes en la agricultura cafetalera. Sin embargo, estos bioestimulantes son de diversas fuentes y están disponibles en el mercado, y son elaborados principalmente en base a bacterias, hongos, algas, plantas, animales y materias primas que contienen humatos. Por lo que se propone distinguir a los bioestimulantes como "un producto formulado de origen biológico que mejora la productividad de la planta como consecuencia de las propiedades novedosas o emergentes de los complejo bioquímicos constituyentes, y no como un única consecuencia de la presencia de nutrientes vegetales esenciales conocidos, reguladores del crecimiento para de las plantas reguladores o como productos fitosanitarios"17,18, La definición proporcionada aquí es importante ya que enfatiza el principio de que la función biológica puede ser modulada positivamente mediante la aplicación de moléculas, o mezclas de moléculas, para las cuales un modo explícito de acción no se ha definido19,20.
En nuestra investigación pudimos observar una respuesta fisiológica significativa de la planta de café a los bioestimulantes, posiblemente debido a que estos son compuestos de estimulantes biogénicos, potenciadores metabólicos, fortalecedores de plantas, reguladores positivos del crecimiento de las plantas, generadores, preparación alelopática, acondicionadores de plantas, fitoestimuladores21-25, en referencia a la urea, que sólo es una fuente de alto contenido de N. Sin embargo, estos bioestimulantes no deben ser considerados como pesticidas o fertilizantes26,27. El productor de nuestro sector utiliza la urea con mucha frecuencia, comúnmente lo hace de forma indiscriminada y por tanto sin medir las consecuencias que pudiese ocasionar a la planta. El Biuret es un compuesto químico que se encuentra en la urea, la toxicidad por Biuret aumenta cuando la urea se usa en aspersión foliar28. El nitrógeno uno de los nutrientes que más limita el crecimiento de las plantas, debido a que junto al potasio son los de mayor nivel de demanda por unidad de MS de los cultivos29, la concentración del N es del 30.94% y hasta 650 días después de la siembra, la absorción varía entre 8.55 a 19.36 g/planta.
Las pruebas de laboratorio, permitieron medir los resultados fisiológicos, coinciden con lo expuesto por Tello-Gómez30, quien señala que el N, un importante constituyente estructural de la Cl, e importante en la fotosíntesis. Además, forma parte de los aminoácidos y ácidos nucleicos, sus funciones son: a) Forma parte de la Cl, b) la MS de los vegetales contiene del 2 al 4% de N, c) interviene en todo el proceso de formación de los tejidos para el crecimiento de las plantas, d) es el elemento que da mayor respuesta a la producción del cafeto y e) es constituyente de los ácidos nucleicos, por lo mismo responsable de la información genética31. Los datos reportados a nivel de N en MS coinciden con el promedio en nuestra investigación con 2.86%. Sin embargo, debemos mencionar que los bioestimulantes pueden ser metabolitos primarios como aminoácidos, azúcares, nucleótidos y lípidos32,33 o secundarios, incluyendo glucólisis, el ácido tricarboxílico (ATC), aminoácidos alifáticos (AA), las vías pentosafosfato y acido shikímico que son principalmente la fuente de AA aromáticos y compuestos fenólicos (CF), terpenoides/isoprenoides, compuestos que contienen nitrógeno (alcaloides), compuestos que contienen azufre (glucosinolato)32,33.
Sanclemente & Peña34, menciona una tendencia general a aumentar la eficiencia fotosintética a medida que aumenta la concentración de N. En este mismo sentido De Lima et al.35, Du Jardin6 indican que, en las hojas, hay una significativa correlación entre los contenidos de Cl con la concentración de N en la hoja, 50 a 70%, en todo caso ambos autores se contraponen con nuestros resultados, observamos una correlación negativa significativa.
Las hojas de café finalizan su expansión, pasan a ser exportadoras potenciales de nutrientes. La degradación de compuestos contenidos en las células foliares maduras conlleva a la migración de fotoasimilados y nutrientes minerales móviles en especial N y K hacia vertederos como raíces y frutos36, el análisis de laboratorio realizado a partir de las hojas de café, determinó la MS con un p-valor de 0.041 definida mediante ANOVA, se estableció diferencia significativa entre tratamientos, presentando a los bioestimulantes Starlite y Evergreen como los de mejor respuesta fisiológica.
En lo que respecta al desarrollo morfológico del café en etapa de vivero, se consideró las variables DT, AP, y NH, en todos los casos el desarrollo fue uniforme, con una línea de tendencia creciente durante el tiempo del experimento, solo diferencia estadísticas mediante prueba de significación, se visualiza mayor asimilación en el cuarto y quinto mes de edad de las plantas, observándose sin embargo mejor respuesta con el urea y con el ácido húmico, resultados que se contraponen a los de Utria et al.37, quien reporto respuestas favorables con utilización de brasinoesteroide en el proceso de desarrollo del café, observando un desarrollo vigoroso de las plántulas de cafetos cuando fueron embebidas en el bioestimulantes, pero con tendencia a tener mejor comportamiento cuando se aplicó el mismo en el segundo par de hojas verdaderas y con concentraciones de 0.01 y 0.05 mg L-1.
]]> Así mismo, Acuña38, aplicó el fertilizante orgánico microPlus, y observó que la mejor absorción de nutrientes, y que incidieron con la respuesta agronómica (AP, DT, longitud de raíz) se presentaron a los 180 días de edad de la planta, coincidiendo con los resultados de la investigación, donde se observa mejores respuestas tanto de la urea como de los bioestimulantes, a los 120 días, dando la pauta para continuar investigaciones en este sentido. Es notorio resaltar que estos bioestimulantes activan en la planta compuestos orgánicos (fenoles, vitaminas, polisacáridos, betaínas, etc.), reguladores del crecimiento, y también macro y micro elementos39-41.
Conflictos de intereses
Los autores declaran que la presente investigación no genera conflictos de interés.
Agradecimientos
Agradecemos a la Universidad Estatal del Sur de Manabí por el financiamiento en el desarrollo de la presente investigación, el cual contribuye al proyecto “Manejo Integral del suelo agua y fertilidad”, que es parte del Programa de investigación cafetalero de la UNESUM.
Aspectos éticos
La aprobación de la investigación por el Comité de Ética, Vicerrectorado de Investigación de la Universidad Estatal del Sur de Manabí (UNESUM), (Cantón Jipijapa) y siguió las pautas establecidas para este comité.
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Nota del Editor:
Journal of the Selva Andina Research Society (JSARS) se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales publicados mapas y afiliaciones institucionales.
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