XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014
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Implicaciones medioambientales de la biosolarización en invernaderos de pimiento Fernández, P
1; Pascual, J.A
2 y Lacasa, A
3
(1)
Oficina Comarcal Agraria Vega Alta (OCA). Consejería de Agricultura y Agua. Ctra de Murcia s/n. 30.530 Cieza (Murcia). Tel 968760705. Mail: [email protected]
(2) Departamento de Suelo, Agua y Manejo de Residuos orgánicos. CEBAS-CSIC. Campus Universitario
de Espinardo. 30100 Murcia. (3)
Departamento de Biotecnología y Protección de Cultivos. IMIDA. C/ Mayor s/n 30150 La Alberca (Murcia).
RESUMEN
La biosolarización del suelo en invernaderos de pimiento (Capsicum
annuum L.) supone una estrategia de control de enfermedades telúricas
(Phytophthora capsici y/o parasítica y incognita), de vegetación adventicia y de
fenómenos de fatiga muy adecuada para mantener buenos niveles productivos
en sistemas de monocultivo prolongado. Este trabajo pretende evaluar las
repercusiones de la aplicación de cantidades importantes de materia orgánica,
hasta 100 t/ha, en estos agrosistemas sobre la calidad del suelo y en el medio
ambiente. El ensayo de lixiviación de nitratos en condiciones controladas se
realizó sobre columnas de suelo inalterado los cuales habían sido sometidos a
biosolarización de primer año (100 t/ha de enmiendas) comparándose con el
efecto sobre un suelo de referencia tratado con bromuro de metilo (BM) en la
dosis de 30 g/m2 + plástico VIF, sin la aplicación de enmiendas orgánicas. El
contenido en agua lixiviada en las muestras biosolarizadas fue de 5,3
L/columna, mientras que la columna desinfectada con bromuro de metilo lixivió
9,9 litros, de un total de 29,7 litros aplicados en ambos casos. El total de nitrato
lixiviado para cada uno de los tratamiento fue de 10,0 g NO3-/columna para el
tratamiento con la enmienda y 25,7g NO3-/columna para el tratamiento con
ausencia de enmendantes orgánicos. La actividad biológica medida en el suelo
biosolarizado fue superior a la del suelo tratado con BM, sobre todo en los dos
primeros perfiles de la columna (hasta 20 cm de profundidad)
Palabras clave: Capsicum annuum, materia orgánica, bromuro de metilo, actividad biológica,
actividades enzimáticas.
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INTRODUCCIÓN
El pimiento es un monocultivo en más del 90% de los invernaderos del
Campo de Cartagena (Murcia) y del sur de la provincia de Alicante (Lacasa y
Guirao, 1997), siendo Phytophthora spp. (capsici y parasitica) el principal
patógeno fúngico del cultivo (Lacasa et al., 1999; Ros et al., 2008). La
presencia de estos hongos, la de Meloidogyne incognita y el efecto de la fatiga
del suelo, generada por la reiteración del cultivo en el mismo suelo, había
motivado que todos los invernaderos, manejados convencionalmente, se
desinfecten anualmente con bromuro de metilo (98:2 a 60 g/m2 sellado con
plástico de polietileno de 0,05mm) desde 1985 (Lacasa et al., 1999) hasta 2005
(Guerrero et al., 1999), en que el bromuro de metilo quedó autorizado en forma
de usos críticos para una parte de la superficie, dejándose de utilizar en 2007 y
siendo sustituido por otros desinfectantes químicos en la actualidad.
Los invernaderos ecológicos que no disponen de estas herramientas, y
que debido al ciclo de cultivo tan largo no pueden realizar rotaciones, precisan
de técnicas compatibles con el medio ambiente para poder obtener unas
producciones suficientes. La biosolarización se ha propuesto como una técnica
eficaz de desinfección de suelos frente a patógenos telúricos. Sin embargo, la
aplicación de importantes cantidades de materia orgánica y su reiteración en el
tiempo plantea la necesidad de abordar el estudio de aspectos fundamentales
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sobre el suelo y su impacto sobre el medioambiente. Entre ellos, una de las
serias dudas existentes ante la bondad de la biosolarización en cuanto a
desinfección de suelos, es el potencial riesgo de lixiviación de nitratos y el
posible aporte de metales pesados (Ros et al., 2008).
La lixiviación de nutrientes en sistemas de fertirrigación localizada está
directamente relacionada con el movimiento de cada nutriente en el volumen
de suelo humedecido por los goteros, donde se desarrollan las raíces de las
plantas. Los nutrientes presentan una distribución tridimensional, dependiendo
del movimiento de cada nutriente dentro del bulbo, de diversos factores entre
los que cobran especial interés las propiedades físicas y físico-químicas del
suelo, dosis y fórmula del insumo, volumen de riego y caudal de descarga del
gotero, influyendo directamente el desarrollo y distribución de raíces en el suelo
según régimen de riego y posición de goteros.
El objetivo del trabajo fue medir, en condiciones controladas, a partir de
columnas de suelo inalterado, la lixiviación de nitratos y los principales
parámetros biológicos en suelos biosolarizados en comparación con suelos
desinfectados con bromuro de metilo (BM), que no incluían la aportación de
enmiendas.
MATERIALES Y MÉTODOS
El ensayo de lixiviación de nitratos en condiciones controladas se realizó
sobre columnas de suelo inalterado sometido a biosolarización de primer año
con una dosis de enmienda en peso fresco de 100 t/ha (70 t/ha estiércol de
ovino y 30 t/ha de gallinaza), siempre comparándose con el efecto sobre un
suelo control tratado con bromuro de metilo en la dosis de 30 g/m2 + plástico
VIF (filmes virtualmente impermeables), sin la aplicación de enmiendas, que
era el método habitual de desinfección de los suelos. El suelo del invernadero
experimental es representativo de los suelos medios de cultivo de pimiento en
el Campo de Cartagena de textura fina y niveles medios de materia orgánica
(Cuadro 1). Se procedió a la toma de tres replicas de cada tratamiento,
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mediante sondeo de suelo inalterado en cilindros de 80 cm de largo y 30 cm de
ancho (Figura 1). En el perfil de la columna se procedió a la colocación de
diferentes sondas de succión a distintas profundidades, una superficial y otras
3 cada 10 cm de profundidad, tipificadas como perfiles S, V, Y y Z. Durante el
cultivo, se evaluó el volumen de drenaje y de nitratos, determinando, en cada
uno de los perfiles, la calidad biológica de los mismos mediante parámetros
biológicos generales (ATP y CO2) y específicos (actividad fosfatasa,
glucosidasa y ureasa).
Figura 1. Esquema de la columna de suelo inalterada para la medida del potencial de lixiviación
En cada una de las columnas se plantó una planta de pimiento cv.
‘Requena’ la cual fue fertirrigada con la misma disolución con la que se riega el
cultivo en los invernaderos ecológicos de la comarca del Campo de Cartagena,
de modo que en todo momento los resultados obtenidos a escala de laboratorio
pudiesen ser extrapolables a suelos naturales. En cada riego se midió la
cantidad de disolución suministrada y la concentración de lixiviado obtenido en
un periodo de tiempo determinado, a través de un ICP (Espectrometría de
Masas con fuente de Plasma de Acoplamiento Inductivo). La toma de muestras
a lo largo de la columna se realizó con el fin de estudiar si existía algún cambio
destacable en cuanto al contenido de nitrógeno a lo largo de la columna, así
como la potencial incidencia del contenido en oxígeno/CO2 perfundido a lo
largo de la columna de modo que este afectase a potenciales inmovilizaciones.
Para determinar posibles variaciones en la producción de biomasa se pesaron
Solución nutritiva
Medida de volumen lixiviado Medida de macro y micronutirentes
V Y Z S
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todas las recolecciones de frutos y al final del ensayo se pesó la planta entera.
En cada uno de los muestreos se medió peso fresco, peso seco (medido en
estufa a 65ºC hasta peso constante) y nitrógeno (MAPA, 1994). Al finalizar el
ensayo se analizó el suelo en cada uno de los perfiles de la columna (MAPA,
1994).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La evolución del volumen de lixiviados a lo largo del ensayo fue variable,
presentando valores superiores en el tratamiento con bromuro de metilo en
comparación con el biosolarizado (Fig. 2). La dinámica del agua en las
diferentes columnas fue distinta, presentando las biosolarizadas una tasa de
infiltración superior, al menos en los perfiles superiores, en la línea de lo
obtenido por (Fernández et al., 2004; Rincón et al., 2005) en lisímetros con
cultivo de pimiento bajo invernadero, donde los primeros 25 cm de profundidad
la densidad aparente disminuye frente al mismo suelo sin biosolarizar. El hecho
de que los suelos con BM lixiviaran más cantidad puede deberse a la mayor
capacidad de retención hídrica que presentan los suelos estercolados, lo que
se manifiesta en una mayor retención de agua, disminuyendo la lixiviación de
ésta (Herai et al., 2006). El nitrato lixiviado a lo largo del ensayo también fue
superior en los suelos no enmendados, tal y como muestran (Abaas, 2012) en
columnas de suelo esterilizado frente a suelos naturales (Fig. 2). El volumen
total lixiviado en las muestras de suelo biosolarizado fue de 5,3 ± 0,5 L,
mientras que el suelo bromurado lixivió 9,9± 0,7 L, de un total de 29,7 litros
aplicados en ambos casos (Fig. 3a). Las cantidades totales lixiviadas fue de
10,0 ± 1,2 g NO3-/columna para el tratamiento con estiércol y 25,7 ± 3,0 g NO3
-
/columna para el tratamiento con ausencia de enmendantes orgánicos (Fig.
3b), resultados similares a los obtenidos por Rincón et al., 2005, en lisímietros
con cultivos de pimiento bajo invernadero, donde después de la aplicación de
hasta 100 t/ha y año de estiércoles presentaron tasas de lixiviación inferiores a
los suelos que no recibieron cantidad alguna. La concentración de nitratos
también fue muy variable a lo largo del periodo de muestreo presentando unos
valores máximos de 5,8 y 10,6 g NO3-/L, para columnas biosolarizadas y no
biosolarizadas, respectivamente, lo que quiere decir que durante el transcurso
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de la disolución por la columna ocurren fenómenos de adsorción/desorción en
feedback, condicionada por la elevada actividad biológica y enzimática, sobre
todo ureasa (Fig. 4b). Abaas, 2012 justifica la menor lixiviación de formas
recalcitrantes del nitrógeno, especialmente de elevado peso molecular, en
columnas a la inmovilización microbiana. Esta mayor retención del nitrógeno en
la columna podría permitir a la planta un mayor aprovechamiento del mismo,
pudiendo permitir el reducir las aplicaciones nitrogenadas y, además, en caso
de realizarse, el riesgo de lixiviación es significativamente menor en cuanto a
concentración de nitratos (Ma et al., 2008).
0
2
4
6
8
10
12
14
18 días 8 días 7 días 7 días 5 días 5 días 5 días 8 días 11 días
Período de lixiviación
NO
3-
(g)
0
1
1
2
2
3
3
4
Vo
lum
en
lix
ivia
do
(L
)
Volumen lixiviado Biosolarización Volumen lixiviado Bromuro de metilo Nitratos Biosolarización Nitratos Bromuro de metilo
Figura 2. Medida del volumen medio de lixiviación y de nitratos por periodo de toma de muestra en la
columna de suelo inalterada. Media ± error estándar.
Volumen lixiviado
0
2
4
6
8
10
12
Período acumulado de lixiviación
Vo
lum
en
to
tal
de l
ixiv
iad
os (
L)
biosolarizacion Bromuro de metilo (a)
Acumulado de lixiviación de nitrato
0
5
10
15
20
25
30
35
Período acumulado de lixiviación
To
tal
de N
O3- l
ixiv
iad
os (
g)
biosolarizacion Bromuro de metilo (b)
Figura 3. Medida del volumen acumulado de lixiviación y de nitrato durante todo el periodo de ensayo en
la columna de suelo inalterada. Media ± error estándar
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ATP
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Biosolarización BM
ATP
4(n
g/g)
SVYZ
(a)
Ureasa
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Biofumigación BM
mm
ole
s N
-NH
4+
g-1
su
elo
se
co h
-1
S
V
Y
Z
(b)
β-Glucosidasa
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
Biosolarización BM
mm
ole
s P
NP
g-1
su
elo
se
co h
-1
SVYZ
(c)
Fosfatasa
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Biosolarización BM
mm
ole
s P
NP
g-1
su
elo
se
co h
-1
S
V
Y
Z
(d)
Figura 4. Contenido de ATP, actividad ureasa, ß-glucosidasa, y fosfatasa en las columnas de suelo
biosolarizadas y tratadas con BM en los diferentes perfiles de la columna de suelo. Media ± error estándar.
La aplicación de la técnica de biosolarización de primer año, la cual
incluía una dosis de enmienda aplicada de 100 t/ha y donde se tendría que
esperar un mayor contenido de nitrógeno lixiviado que en el caso del suelo de
referencia, se observa unos niveles absolutos de lixiviación 2,5 veces inferior
que el suelo de referencia (tratado con BM). Estos resultados ponen de
manifiesto que esta técnica de desinfección en cultivos protegidos, donde no
hay lluvia y por lo tanto se puede manejar el riego para limitar el lavado, no
aumenta los riesgos de lixiviación de nitrato, en comparación con otras técnicas
que no incluyan la aportación de enmiendas orgánicas (Delgado, 1998;
Delgado y Lemunyon, 2006; Diacono y Montemurro, 2010; Fernández et al.,
2004; Rincón et al., 2005). Con estos resultados parece lógico establecer una
discusión, al menos de cara al nuevo Reglamento de agricultura ecológica bajo
invernadero pendiente de publicar, sobre el límite legal de enmiendas
orgánicas a aplicar.
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Se midió la actividad biológica del suelo mediante parámetros generales
tales como el ATP o respiración basal, así como parámetros específicos como
la actividad enzimática de tipo hidrolasa, relacionadas con el ciclo del carbono,
nitrógeno y fósforo (Nannipieri et al., 1990), sobre el perfil del suelo al final del
cultivo. Para el conjunto de parámetros medidos la calidad biológica del suelo
es mayor en el suelo biosolarizado que en el suelo tratado con BM.
En el caso del ATP, se pone de manifiesto como las dos capas más
superficiales muestran unos valores de actividad significativamente mayores
que los del suelo tratado con BM (Fig. 4a). Para el primer perfil de suelo el valor
de ATP del suelo con biosolarización es más de 6 veces superior al del
bromurado. Este hecho, es debido al efecto depresor del BM que no sólo
reduce la actividad microbiana actuando como desinfectante sobre del suelo en
el momento de su aplicación, sino que a pesar del tiempo transcurrido, casi
nueve meses desde su aplicación, todavía muestra efectos depresores sobre la
calidad, poniendo de manifiesto el efecto negativo y biocida de este modo de
desinfección (Tello y Lacasa, 1997). La aplicación de estiércoles para la
desinfección mediante biosolarización produce un aumento en los parámetros
biológicos y bioquímicos medidos (Pascual et al., 1997).
Se midieron otros parámetros biológicos y bioquímicos (Fig. 4). Se
demuestra cómo las dos capas más superficiales del suelo muestran unos
valores de actividad biológica significativamente mayores que los del suelo
tratado con BM, sobre todo, para las actividades ureasa y fosfatasa (Fig. 4b y
d). Parece, por tanto, puesto de manifiesto el efecto negativo que tiene el BM
sobre las poblaciones de microorganismos, medidos a través de varios
parámetros biológicos (Gamliel et al., 2000; Nannipieri et al., 1990). Un estudio
de la actividad biológica medida mediante la respiración de CO2, mostró que la
actividad microbiana en todos los suelos en los que se aplicó el BM tuvo una
incidencia negativa en la respiración respecto a los suelos biofumigados; con
excepción, del ultimo punto, o punto de muestreo más profundo, donde no se
encontraron diferencias entre ambos tratamientos, ya que a esta profundidad
no existe incidencia de la acción de la materia orgánica, así como tampoco
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parece que el BM tenga algún efecto, ya que no debe de alcanzar estos niveles
de profundidad (Fig. 5).
La producción de frutos, en peso fresco, fue de 219,1 ± 21,8 y 188,0 ±
45,6 g/planta para los suelos biosolarizados y bromurados, respectivamente. El
peso fresco del total de biomasa desechada, incluyendo frutos, hojas y resto de
planta, no presentó diferencias significativas entre tratamientos con valores de
producción de 625,7 ± 38,2 en las columnas con enmiendas y de 572,1 ± 55,5
g/total biomasa desechada, para el tratamiento con bromuro de metilo sin
adición de materia orgánica. En cada uno de los órganos vegetativos
muestreados se analizó el nitrógeno, no encontrando diferencias significativas
entre tratamientos, tanto en hojas como frutos (Fig. 6). El análisis de la planta,
a partir de tallo y ramas, presentó, para la tesis biosolarizada, un valor de
nitrógeno de 2,89 ± 0,12%, y 2,63 ± 0,12%, para la bromurada.
CO2
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7
Semanas
mg
CO
2/1
00 g
su
elo
y
día
Biosolarizacion S Bromuro de Metilo S
CO2
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7
Semanas
mg
CO
2/1
00
g s
ue
lo
y d
ía
Biosolarizacion V Bromuro de Metilo V
CO2
0
50
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6 7
Semanas
mg
CO
2/1
00 g
su
elo
y
día
Biosolarizacion Y Bromuro de Metilo Y
CO2
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4 5 6 7
Semanas
mg
CO
2/1
00 g
su
elo
y
día
Biosolarizacion Z Bromuro de Metilo Z
Figura 5. Evolución semanal de la emisión de CO2 en cada uno de los perfiles de la columna de suelo
inalterado, siendo S el más superficial y Z el más profundo. Media ± error estándar.
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10
0
1
2
3
4
5
6
7
Antes solución 13-abr 11-may 30-may
Fecha de muestreo
% N
(s.m
.s.)
Biosolarización BM (a)
0
1
2
3
4
5
6
11-may 17-may 26-may
Fecha de muestreo
% N
(s.m
.s.)
Biosolarización BM (b)
Figura 6. Evolución de la concentración de nitrógeno en hoja (a) y frutos (b). Media ± error estándar.
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ANEXO: CUADROS
Parámetro Bio S(1)
Bio V Bio Y Bio Z BM S(2)
BM V BM Y BM Z
pH 8,00±0,02 8,24±0,07 8,29±0,10 8,47±0,20 8,18±0,25 8,22±0,07 8,08±0,06 8,05±0,05
C.E. (dS/m) 0,81±0,29 0,57±0,27 0,86±0,14 0,74±0,33 0,58±0,25 0,69±0,26 0,855±0,12 0,93±0,16
N (Kjeldahl) (%)
0,35±0,08 0,30±0,02 0,21±0,05 0,19±0,07 0,25±0,05 0,23±0,04 0,21±0,06 0,17±0,08
P asimilable (mg/Kg)
496,0±49,0 389,3±97,7 215,7±93,1 91,3±8,4 342,3±25,0 301,7±50,0 272,7±59,8 127,5±39,6
K asimilable (meq/100g)
3,89±0,32 3,12±0,26 2,82±0,41 2,42±0,85 3,63±0,24 1,85±1,13 1,76±0,34 1,33±0,48
Nitratos (mg/Kg)
251,6±18,9 188,4±80,2 152,3±39,3 106,27±66,0 220,7±51,7 154,7±96,2 145,9±70,0 122,7±9,9
Amonio (mg/Kg)
4,40±1,90 3,60±0,40 3,60±0,29 4,47±1,95 3,50±0,33 4,87±0,55 5,10±2,12 3,80±1,13
C orgánico (%)
3,35±0,40 2,95±0,49 2,09±0,52 1,72±0,04 2,51±0,12 2,52±0,36 2,34±0,64 1,54±0,26
(1) Bio S= Perfil S de la columna biosolarizada
(2) BM S= Perfil S de la columna tratada con bromuro de metilo
Cuadro 1. Características del suelo al final del ensayo en cada uno de los perfiles de la columna. Media±error estándar.
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