Recibido, 25/07/2020 Aceptado, 15/08/2020
DOI:10.25127/aps.20202.561
Artículo original
Paul Gómez 1
, Roxana Bardales2
, Omar Zeballos1*
El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto del biosol y del biol, en la calidad física y química del suelo en la Irrigación Majes. El biol y el biosol utilizados fueron los remanentes de la planta de Biogás de la Universidad Católica de Santa María, instalada en la Irrigación Majes. El experimento se realizó en una parcela experimental conducida bajo riego por goteo, estableciendo dos dosis de biosol, cuatro niveles de biol, y un tratamiento adicional, un testigo con fertilización química, teniendo un total de 9 tratamientos, distribuidos en un diseño de bloques completos al azar con arreglo factorial, y tres repeticiones. El biosol fue aplicado en fertilización de fondo antes de la instalación del experimento, mientras que las aplicaciones foliares del biol se realizaron al surco húmedo para los 15, 30, 45 y 60 días después del trasplante. Las variables evaluadas fueron pH, conductividad eléctrica (C.E.), potasio (K ppm), fósforo (P ppm), capacidad de intercambio catiónico (CIC), cationes cambiables, velocidad de infiltración y profundidad efectiva de las raíces. Se determinó que existe una tendencia a aumentar el pH y la C.E. cuando se realizan aplicaciones de digestatos, sin embargo el contenido de materia orgánica del suelo no varía significativamente. Las aplicaciones de digestatos contribuyeron a una mejora en la velocidad de infiltración.
Palabras claves: biol, biosol, zona árida, calidad de suelo.
The objective of this research was to evaluate the effect of biosol and biol on the physical and chemical quality of the soil in Majes Irrigation. The biol and biosol used were the remnants of the Biogas plant of the Catholic University of Santa Maria, installed in Majes Irrigation. The experiment was carried out in an experimental plot conducted under drip irrigation, establishing two doses of biosol, four levels of biol, and an additional treatment, a control with chemical fertilization, having a total of 9 treatments, distributed in a design of complete blocks at random with factorial arrangement, and three repetitions. The biosol was applied as a background fertilization before the installation of the experiment, while the foliar applications of the biol were made to the wet furrow for 15, 30, 45 and 60 days after transplantation. The variables evaluated were pH, electrical conductivity (EC), potassium (K ppm), phosphorus (P ppm), cation exchange capacity (CEC), changeable cations, infiltration rate and effective root depth. It was determined that there is a tendency to increase the pH and E.C. when digestate applications are made, however the organic matter content of the soil does not vary significantly. Digestate applications contributed to an improvement in the infiltration rate.
Keywords: liquid digestate, solid digestate; arid zones, soil quality.
1Universidad Católica de Santa María, Escuela de Posgrado, Arequipa, Perú
2Universidad Católica de Santa María, Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Bioquímicas y Biotecnológicas, Arequipa, Perú
*Autor de correspondencia. Email: omar_zc@hotmail.com
La digestión anaeróbica (DA), es un proceso para convertir los desechos orgánicos en dos subproductos económicamente útiles: biogás, una fuente de energía renovable, y el digestato, cuyo uso se da en forma líquida y/o sólida (Koszel y Lorencowicz, 2015). En ese sentido la separación de digestatos crea dos pro- ductos, uno líquido y un material fibroso, conteniendo una gran cantidad de compuestos orgánicos de origen vegetal y microbiano y numerosos elementos minera- les. Su característica clave, es una baja concentración de materia seca que varía desde un pequeño porcentaje hasta más del diez por ciento (Möller y Müller, 2012). La composición mineral del digestato depende, en gran medida, de la composición del sustrato y del tipo de proceso de digestión (Albuquerque et al., 2012). Por lo tanto, el manejo del digestato líquido (biol) y del digestato solido (biosol) mediante su aplicación al suelo puede afectar de manera significativa sus propie- dades. Durante la digestión anaerobia, la cantidad total de los nutrientes generalmente permanecen estables, pero otras características del sustrato de entrada pue- den cambiar. Se ha demostrado que la relación de carbón y nitrógeno C/N disminuye, mientras que el contenido de nitrógeno (N) mineral (NH4-N) y el pH del sustrato pueden aumentar (Möller y Müller, 2012) Los digestatos provenientes de la DA se comportan como potenciales fertilizantes debido, a que la DA puede promover la preservación y acumulación de nutrientes inorgánicos como fósforo (P), potasio (K) y nitrógeno (N). (Pognani et al., 2009). Otros estudios sugieren que la aplicación directa de digestatos, como enmiendas del suelo, podría conllevar resultados con- flictivos (Nkoa, 2014). Al respecto, Insam et al. (2015) sugiere que la concentración elevada de N en los digestatos puede acelerar la mineralización del C (priming effect). Por otro lado, Smith et al. (2014) señalan que el carbono proveniente de la DA es más estable que el de otros desechos orgánicos. y que la materia orgánica contenida en los digestatos tiene un gran potencial para aumentar el secuestro de carbono en el suelo.
El efecto esperado por la aplicación de digestatos en la producción de cultivos, es motivo de controversia, porque es el resultado de numerosos procesos que afectan la relación suelo/planta. El primero de ellos es el referido al contenido de elementos minerales, el cual es muy variable debido a la composición natural de la materia prima. Acorde a Gutser et al. (2005), el valor fertilizante del digestato es comparable a los excrementos secos de aves de corral. El segundo crite- rio en la evaluación del digestato, está relacionado con su impacto en la salud del suelo. Este término com- prende una amplia gama de funciones del suelo, como transformación de carbono, ciclo de nutrientes, mante- nimiento de la estructura del suelo y control de plagas y enfermedades. Todos estos procesos determinan el estado actual de la productividad del suelo (Kibblew- hite et al., 2007)
El digestato, como fertilizante, no solo aporta N, sino muchos otros elementos, como nutrientes y metales pesados (Barabasz et al., 2002). El impacto del diges- tato en la biodisponibilidad de un elemento en particu- lar, está relacionado principalmente con la concentra- ción o la cantidad de nutrientes incorporados al suelo (Koszel y Lorencowicz, 2015 y Nkoa, 2014). Estudios a corto plazo han demostrado que la aplicación de digestatos anaeróbicos en los suelos, pueden tener efectos positivos en sus propiedades físicas, como reducción de la densidad aparente, aumento de la satu- ración hidráulica, conductividad y mejora de la capa- cidad de retención de humedad (Nkoa, 2014).
La calidad del suelo es una característica compleja, determinada por componentes físicos, químicos y biológicos. Al respecto Doran y Parkin (1994) definen la calidad del suelo, como la capacidad de un suelo para mantener la productividad biológica, mantener la calidad ambiental y promover la salud de las plantas y los animales. Los cambios en la comunidad microbia- na del suelo, pueden ocurrir más rápidamente que los cambios en otras características del suelo y, por lo tanto, se cree que los procesos microbianos del suelo son indicadores sensibles de los cambios en la calidad del suelo (Kennedy y Papendick, 1995).
Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con nueve tratamientos y tres repeticiones, conducidos bajo un arreglo factorial (2A4B), y un testigo (trata- miento adicional), que tuvo solo fertilización química. El factor digestato solido (biosol) contemplaba dos niveles, 2 y 4 t/ha. Mientras que el factor digestato liquido (biol), contemplaba cuatro niveles, 20%, 35%, 50% y 60% (% de biol puro mezclado con agua). Para el tratamiento adicional (ADC) se utilizó urea, fosfato diamónico y cloruro de potasio. Los digestatos provie- nen de los remanentes de la producción de biogás, y su purificación a biometano mediante “reformado” concentrado y purificado del metano (CH4) de la mezcla gaseosa por arriba del 95%, ofreciendo claras ventajas y oportunidades para su uso con respecto al biogás precursor, ya que puede ser presurizado y enva- sado a alta y baja presión (Reátegui et al., 2018).
La prueba estadística utilizada para los diferentes
cuadrados medios asociados a sus fuentes de variabili- dad, fue la F de Fisher. Para comparar las medias, se utilizó la prueba de Duncan al 0,05 de significancia, y para comparar los tratamientos en estudio con el trata- miento adicional se utilizó contrastes ortogonales. La unidad experimental tuvo una área de 20 m2, el largo del campo experimental fue de 40 m y el ancho del campo experimental de 17 m, teniendo una área total experimental de 680 m2.
El experimento se instaló en el fundo “La Católica”, propiedad de la Universidad Católica de Santa María (UCSM) localizado en la Irrigación Majes, el cual se
encuentra comprendido dentro de las coordenadas 16º 15′ latitud Sur y 72º 15′ de longitud Oeste y a una alti- tud promedio de 1,375 m.m.s.m., a una distancia de 100 km de la ciudad de Arequipa, con dirección Nor- Oeste (AUTODEMA, 2017). La ampliación de la frontera agrícola por irrigación (Irrigación Majes) se da en tablazos costeros, prácticamente sin precipita- ciones, constituyendo uno de los desiertos más áridos del planeta (Jiménez et al., 2002). Estas condiciones hacen que sea considerado una zona árida.
El experimento se condujo en un suelo de textura fran- coarenosa, de la costa sur del Perú, y se usó como plan- tas indicadora a la cebolla (Allium cepa), cuyo manejo fue bajo la misma metodología del agricultor, es decir, forma de siembra, riego (goteo), aplicación de materia orgánica (estiércol de vacuno 20 t/ha) y labores cultu- rales complementarias. El cultivar de cebolla utilizado fue “Roja camaneja” en la preparación del terreno. Como primer paso se procedió al desempiedre y lim- pieza de malezas y residuos de la campaña anterior. Posteriormente se incorporó estiércol de vacuno, junto con aplicaciones periódicas de riego pesado por espa- cio de 1 mes, para después aplicar los niveles de biosol acorde a los tratamientos en estudio, introduciéndolo con disco dentro de la capa arable. Luego se nieveló con riel, de tal forma que quede plano o nivelado dejando apto el terreno para el surcado y posterior trasplante. Las aplicaciones foliares de biol se realiza- ron al surco húmedo en Drench, para el crecimiento vegetativo y llenado del bulbo, con 4 aplicaciones, 15, 30, 45 y 60 días después del trasplante. El biol y biosol fueron provistos por el fundo de la Universidad Católi- ca de Santa María, provenientes de su planta de pro- ducción de biogás. Se realizaron análisis microbioló- gicos y de nutrientes del biol producido en dicha planta (Tabla 1 y Tabla 2). Al final del ciclo productivo del cultivo se tomaron muestras de suelo de cada unidad experimental, para luego realizar análisis de caracteri- zación de dichas muestras. Al final del periodo vegeta- tivo del cultivo se determinó la profundidad efectiva de raíces, midiendo la longitud (cm) que estas alcanza- ron, tomando muestras aleatorias en cada unidad expe-
donde se establecen sistemas de riego por faja, com- partimentos cerrados, aspersión y goteo (Fuentes, 1998).
OMT BFNVL BN
4,93 x 10 5 3,00 x 10 3 1,70 x 10 2 7,50 x 10 1 4,30 x 10 4
UFC = Unidad formadora de colonia; OMT = Organismos mesófilos totales; BFNVL = Bacterias fijadoras de N de vida libre; BN = Bacterias nitrificantes.
Parámetro Valor
pH 7,83
C.E. (dS/m) | 5,60 |
Solidos totales (g/L) | 4,96 |
M.O. en Solución (g/L) | 1,90 |
N total (mg/L) | 364,00 |
Ptotal (mg/L) | 73,24 |
K total (mg/L) | 810,00 |
Ca total (mg/L) | 159,50 |
Mg total (mg/L) 147,50
Na total (mg/L) 505,00
Fe total (mg/L) 4,01
Cu total (mg/L) 0,76
Zn total (mg/L) 1,58
Mn total (mg/L) 0,80
B total (mg/L) 2,33
M.O. = Materia orgánico; N = Nitrógeno, P = Fósforo; K = Potasio; Ca = Calcio; Mg = Magnesio; Na = Sodio; Fe = Hierro; Cu = Cobre; Zn = Zinc; Mn = Manganeso; B = Boro.
En la Tabla 3, se observa que existe diferencias estadís- ticas significativas para la fuente de variación del factor bloque en las variables de pH, K (ppm) y K (meq/100 g). Para el factor biosol se observa que existe diferencia estadística significativa para la variable C.E., mientras que para el factor biol y la interacción biol X biosol se observa que no existen diferencias estadísticas signifi- cativas en todas las variables evaluadas. Para la compa- ración Factorial Vs Adicional se observa que existe diferencias estadísticas significativas para las variables de pH y Ca (meq/100 g), asimismo los coeficientes de variabilidad en todas las variables evaluadas a excep- ción de P muestran estar dentro de lo aceptable.
En la tabla 4 se observa que a un mayor nivel de biosol (4 t/ha) aumento de manera significativa la C.E. del suelo, lo que sería perjudicial para el desarrollo de los cultivos en dichos suelos.
2
Bloque | 2 | 29,97 * | 1,53 | 2,73 | 1,46 | 0,34 | 4,36 * | 0,36 | 0,92 | 0,46 | 5,67 * | 3,63 | 3,63 |
Biosol | 1 | 0,49 | 5,96 * | 0,00 | 0,52 | 0,01 | 2,73 | 0,17 | 0,52 | 0,02 | 0,38 | 4,49 | 4,49 |
Biol | 3 | 2,59 | 0,56 | 0,84 | 1,27 | 0,32 | 0,34 | 0,34 | 0,41 | 0,16 | 1,04 | 3,24 | 3,24 |
Biosol X Biol | 3 | 0,73 | 0,31 | 0,24 | 1,68 | 1,50 | 1,08 | 1,03 | 0,51 | 1,64 | 0,50 | 3,24 | 3,24 |
Factorial Vs 1 | 8,01 * | 0,01 | 2,45 | 0,76 | 0,01 | 3,43 | 2,35 | 4,77 * | 0,01 | 2,28 | 4,49 | 4,49 | |
Error 16 | |||||||||||||
C.V 1,06 | 7,01 | 14,48 | 14,55 | 45,29 | 28,42 | 12,26 | 15,04 16,75 | 24,46 | 39,8 | ||||
Adicional experimental
1ppm; 2 meq/100 g
Promedio C.E . Significancia *
En la tabla 5, se observa que para las variables pH y K (ppm) existio una tendencia a aumentar su valor para
2,46 a
2,64 b
todos los tratamientos evaluados en relación al trata-
miento adicional (sin biol ni biosol), para la C.E se observa la misma tendencia pero solo con los trata-
4 t/ha
mientos con aplicaciones de biosol de 4 t/ha.
Tratamiento | pH | C.E. | %Ca CO3 %M.O. | P | K1 | CIC Ca | Mg | K2 | Na |
ADC | 7,28 | 2,56 | 1,57 | 0,93 | 20,17 224,67 | 7,73 5,83 | 0,67 | 0,97 | 0,26 |
B2B20 | 7,35 | 2,47 | 2,13 | 0,79 | 17,57 304,33 | 6,51 4,60 | 0,61 | 1,15 | 0,15 |
B2B35 | 7,44 | 2,51 | 2,20 | 0,87 | 17,57 329,00 | 6,56 4,66 | 0,64 | 1,14 | 0,12 |
B2B50 | 7,41 | 2,33 | 1,73 | 0,75 | 30,30 351,67 | 6,83 4,54 | 0,74 | 1,36 | 0,17 |
B2B65 | 7,41 | 2,53 | 2,43 | 0,67 | 18,13 440,00 | 7,52 5,10 | 0,70 | 1,50 | 0,23 |
B4B20 | 7,37 | 2,68 | 2,37 | 1,15 | 24,00 308,33 | 7,52 5,37 | 0,74 | 1,19 | 0,22 |
B4B35 | 7,52 | 2,65 | 2,07 | 0,67 | 18,23 306,00 | 6,88 4,95 | 0,68 | 1,10 | 0,15 |
B4B50 | 7,44 | 2,61 | 1,90 | 0,69 | 16,17 297,67 | 6,77 4,59 | 0,64 | 1,39 | 0,15 |
B4B65 | 7,36 | 2,62 | 2,20 | 0,90 | 23,33 271,67 | 6,83 4,85 | 0,60 | 1,17 | 0,21 |
1ppm; 2 meq/100 g
La tendencia a aumentar el pH del suelo y las diferen- cias en cuanto a la CE, podría deberse al carácter alca- lino del digestato en sí mismo, ocasionado por su alto contenido de amonio (Voelkner et al., 2015). Sin embargo, un aumento del contendido de amonio no garantiza una mejora en la utilización eficiente del N (Möller y Müller, 2012). Con respecto al % M.O., este no tuvo mayores cambios en los tratamientos con aplicaciones de digestatos en relación al tratamiento adicional, evidenciando que la aplicación de digesta- tos no mejoró significativamente el contendido de
M.O del suelo, lo cual coincide con lo reportado con Šimon et al., (2015). La disminución del contenido de
Ca en los tratamientos que contienen digestatos, en relación al tratamiento adicional, se debió principal- mente a que las aplicaciones de disgestatos propicia- ron a que haya una cristalización parcial del Ca en carbonatos y fosfatos (Möller y Müller, 2012; Marcato et al., 2008)
En la tabla 6, se puede observar que no existe diferen- cias estadísticas significativas para todas las variables evaluadas. Para la comparación Factorial Vs Adicio- nal, se observa que existen diferencias estadísticas significativas, asimismo el coeficiente de variabilidad muestra estar dentro de lo aceptable.
F.V | G.L | S.C | C.M | F.C | F.T | Sig. |
Bloque | 2 | 4,2330 | 2,1165 | 0,1754 | 3,6337 | N.S |
Biosol | 1 | 6,4170 | 6,4170 | 0,5319 | 4,4940 | N.S |
Biol | 3 | 29,4454 | 9,8151 | 0,8136 | 3,2389 | N.S |
Biosol X Biol | 3 | 44,5194 | 14,8398 | 1,2302 | 3,2389 | N.S |
Factorial Vs | 1 | 68,8509 | 68,8509 | 5,7075 | 4,4940 | * |
Error experimental | 16 | 193,0131 | 12,0633 | |||
C.V | 29,98 |
Adicional
En la tabla 7, se observa que existe una tendencia a aumentar la velocidad de infiltración conforme se aplicaron los niveles de biol y biosol, en relación al tratamiento adicional. Más aun, esto se evidencia al encontrar que en dicho contraste (tabla 6) se encontró diferencias estadísticas significativas.
Esta tendencia a incrementar la velocidad de infiltra- ción, se debe al incremento de materia orgánica con- tendida en los digestatos. Al respecto, Wolf y Snyder
Tratamiento Velocidad de infiltración (cm/h)
B4B35 14,7258439
B2B65 | 14,2726968 |
B4B50 | 12,9666339 |
B2B50 | 12,5981991 |
B4B65 | 12,5337419 |
B2B20 | 10,4718396 |
B4B20 | 10,427628 |
B2B35 | 9,17534264 |
ADC 8,25776568
(2003), señalan que la lenta permeabilidad de los sue- los mejora con una mejor estructura de los mismos, lo cual, se logra con aplicaciones de materia orgánica coincidiendo con lo reportado por Garg et al. (2015), quienes mostraron que la aplicación al suelo de diges- tatos líquidos, reduce la densidad aparente e incremen- ta la conductividad hidráulica saturada.
Con respecto a la profundidad efectiva de raíces, no se evidencio diferencias estadísticas significativas. Esto se debe, a que no hubo ningún cambio significativo en las unidades experimentales en lo referente a algunas propiedades físicas del suelo, como textura y estructu- ra. En tal sentido, no hubo mayor resistencia a la pene- tración de las raíces al suelo (FAO, 2000) estando sus valores dentro de lo normal acorde a los señalado por FAO (2006).
Existe una tendencia a aumentar el pH y la C.E. del suelo, cuando se realizan aplicaciones de biol y biosol. Debiendo tener especial cuidado con aplicaciones de biosol por encima de 4 t/ha, ya que podría perjudicar la productividad de los cultivos. No se evidencio una mejora significativa en el contenido de M.O de los suelos después de la aplicación de los tratamientos que contenían digestatos.
La aplicación de biol y biosol, mejora la velocidad de infiltración del suelo evidenciados en un efecto positi- vo en el suelo debido a una mayor circulación del agua.
Esta investigación fue financiada gracias a la subven- ción proveniente del fondo para la investigación en la Universidad Católica de Santa María (Resolución 24155-2017), concurso organizado por el Vicerrecto- rado de Investigación.
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