Sustratos con biocarbón y compost mejoran el desarrollo y sanidad de semilleros de Solanum lycopersicum L. en bandejas multiceldas

Fecha y ubicación del sitio de preparación de los sustratos y ensayo

La obtención del compost, biocarbón y preparación de sustratos para el ensayo, se produjo en el Módulo de Casas de Cultivo “La Magela” (22° 50' 52.2" de latitud N y 82° 21' 50.5" de longitud O, a 60 m.s.n.m) ubicado en el municipio de Quivicán, provincia Mayabeque, Cuba, entre octubre y noviembre del 2022, en una casa de cultivo modelo Tropical A-12.

Como sustratos, se evaluaron: cáscara de arroz carbonizada (carboncillo), turba rubia, material orgánico importado para su uso en semilleros, compost solarizado durante 40 días, cubierto con una manta de polietileno transparente, en los meses de marzo y abril de 2022, y sustrato residual, utilizado previamente, el cual fue obtenido de bandejas que presentaron más de 40 % de las posturas afectadas por damping off; conformado por compost al 25 % y carboncillo al 75 %. Apelando al concepto de economía circular (1313. Van Hoof B, Núñez G, de Miguel C. Metodología para la evaluación de avances en la economía circular en los sectores productivos de América Latina y el Caribe. Serie Desarrollo Productivo, N° 229 (LC/TS.2022/83). 2022. 68 pp. Santiago, Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL). Disponible en: https://www.cepal.org/es/publicaciones/47975-metodologia-la-evaluacion-avances-la-economia-circular-sectores-productivos Acceso 11/09/2023) aplicado en la finca, ese tipo de sustrato se debe reutilizar, razón por la cual se evaluó.

Preparación del biocarbón

Como biomasa para la elaboración del biocarbón, se utilizó cáscara de arroz. La pirólisis se produjo en horno artesanal modificado (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23).

De forma sintetizada, se puede señalar que el equipo para la pirólisis de cáscara de arroz consiste en un quemador metálico de 80 cm de diámetro y 60 cm de alto con 70 orificios de 1 cm de diámetro, distribuido por todo el perímetro; en el centro posee una chimenea de 75 mm de diámetro, con 2,50 m de alto (Fig. 1). El tambor del quemador tiene una abertura, en forma de pequeña puerta, donde se colocan abundantes fragmentos de madera que, posteriormente, se encienden y cuando se produce la ignición los mismos, se arropa la biomasa a carbonizar, que es la cascarilla de arroz natural procedente del proceso de descascarado de arroz para consumo humano. El quemador procesa, en cada lote, 48 carretillas de jardín, equivalente a un volumen total de 4,56 m^3, y para la carbonización completa, se emplean unas 21 horas, obteniéndose 27 carretillas de biochar (2,56 m³) para un rendimiento de 56,25 %. El horno se apaga con agua, lo cual contribuye a “activar” el biocarbón resultante de la pirólisis. El biocarbón se deja secar al aire libre y se coloca en sacos para almacenar hasta su uso posterior.

Se tomaron tres muestras del biocarbón de 100 g cada una y enviaron al Laboratorio de Nematología Agrícola del Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria donde se les determinó pH, Conductividad Eléctrica (CE) y Potencial REDOX. Las muestras (biocarbón y suelo) se mezclaron en 100 ml de agua destilada (pH 7,69) se filtraron a través de un tamiz 700 μm y se determinó pH (Medidor de pH ExStik® de EXTECH), Conductividad eléctrica (CE) (equipo portable Meter Toledo, sonda IF703 IP 67, 0,01-200 mS/0-80°C), Potencial REDOX (Equipo portable ORP (Oxidation reduction potencial) Meter, modelo YK-23RP, LUTRON ELECTRONIC) y temperatura (medidor GREISINGER GFTB 200). El biocarbón tuvo pH: 7,3; CE: 0,19 dS.m^-1 y REDOX: 410,02 mV.

Momento de mezcla de sustratos y pirólisis

Se evaluaron los sustratos resultantes de pirolizar la cascarilla de arroz y luego mezclar con el compost solarizado y el sustrato recuperado, y otro momento en el que se mezcló cascarilla de arroz natural, compost solarizado y sustrato recuperado, y se sometió la mezcla a pirólisis.

Tratamientos (Tabla 1): Significado de siglas y acrónimos; PosB (posterior al biocarbón) primeramente, se carbonizó la cascarilla de arroz sola y después se mezcló este carboncillo con los materiales que no pasaron por el proceso de pirólisis. PreB (previo al biocarbón), mezcla de sustratos realizada antes de la pirólisis. C; compost solarizado; CAN, cascarilla de arroz natural; CA, carboncillo de arroz; T, turba rubia; SR, sustrato residual infectado.

Las mezclas de los materiales para su posterior pirólisis, se realizó en un tambor giratorio y tanto el tiempo necesario para la pirolisis completa de la mezcla, como el rendimiento, fue diferente. (Tabla 2)

Se utilizó el cultivar de tomate 'Elbita', que presenta resistencia intermedia al virus del rizado amarillo de la hoja del tomate (TYLCV) (1414. Alvarez Gil M, Martínez Zubiaur Y, Carabeo JA, Florido BM, Dueñas Hurtado F. ‘Elbita’: variedad de tomate resistente a Begomovirus para condiciones tropicales. Cultivos Tropicales. 2018; 39 (3): 91.). Las semillas de este cultivar tenían 92 % de germinación, comprobado a través de prueba inicial realizada en placas Petri, en condiciones de laboratorio. La siembra se realizó en bandejas de poliestireno expandido, de 70 cm de largo, 50 cm de ancho y con una altura de 7 cm; cada bandeja tenía 260 alveólos, con un volumen de 20 cm³ cada uno.

El experimento se sembró el 7 de octubre de 2022; se depositaron dos semillas por alveólo, excepto en las bandejas utilizadas para evaluar el porcentaje de germinación, en las que se sembró solo una semilla por alveólo. Las bandejas se colocaron en un local con condiciones adecuadas de humedad y temperatura para lograr la germinación de las semillas en un tiempo de 48 horas, al término del cual, se llevaron para la casa de posturas. A las bandejas se les aplicó el llamado “riego de germinación”, y se les aplicaron las atenciones y riegos diarios, como sugirieron Casanova y Hernández (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23).

El repique se realizó diez días después de la siembra, con el objetivo de garantizar el 100% de la población en cada bandeja. Consistió en plantar posturas en los alveólos que no germinaron, estas se extrajeron de aquellos que tenían más de una. Desde la siembra hasta la extracción de las posturas para su análisis, transcurrieron 35 días. El manejo de postura se realizó teniendo en cuenta las recomendaciones planteadas en el Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23).

Variables evaluadas

A los 35 días de la siembra, se evaluaron las siguientes variables: Altura de la plántula (cm): se midió con una cinta métrica (0,1 mm) la distancia desde la base del tallo (superficie del sustrato) hasta la yema apical de la postura. Diámetro del tallo (mm): se midió en la base de las posturas, con la ayuda de un pie de rey. Numero de hojas (unidad): se cuantificaron las hojas verdaderas que tenían un largo mayor de 0,5 cm. Volumen de raíces: Se introdujeron las raíces de nueve posturas en una probeta con agua, aforada hasta los 15 ml, y se midió el volumen de líquido desplazado. Integridad del cepellón: se realizó a través de una evaluación por apreciación visual, sugerida por Alfredo et al. (1515. Alfredo Orozco L, Pérez Monzón FR, Angel Castillo GI. Sustratos locales para la producción de pilones de tomate (Solanum lycopersicum L), en dos localidades del departamento de San Marcos. Informe final de proyecto CRIA Occidente. 2019. Cadena de Tomate. Disponible en: http://cunori.edu.gt/descargas/CRIA-INFORME_Pdf-_FINAL_SUSTRATO-.pdf Acceso 30/03/2023) y modificada por los autores donde, al sustraer las plántulas, se determinó el estado de integridad del cepellón asignado en cinco categorías, de acuerdo a la integridad del cepellón (Fig. 2). Número de posturas muertas por damping off: se realizó un conteo diario de las posturas muertas por esta causa, en cada tratamiento.

Se empleó un diseño experimental, completamente aleatorizado, con tres repeticiones y los doce tratamientos antes referidos. El experimento tuvo 36 bandejas en total; cada unidad experimental estuvo constituida por una bandeja, de la cual se tomaron nueve posturas ubicadas en el centro de la misma para realizar las evaluaciones. El ensayo se repitió dos veces.

Análisis estadístico

Las variables: número de posturas germinadas, altura de las posturas, diámetro del tallo, número de hojas, volumen de las raíces e integridad del cepellón; para su análisis, se utilizó el programa estadístico Infostat (versión libre, http://www.infostat.com.ar) para realizar análisis de varianza (ANOVA) de las variables de respuesta del experimento; donde hubo significación estadística se procedió a realizar la prueba de Tukey. Se realizó un análisis de correlación y de regresión lineal para determinar la relación entre las variables, volumen de las raíces e integridad del cepellón.

Porcentaje de germinación

Las semillas de hortalizas germinan entre los 3 y 5 días, a temperaturas óptimas del sustrato/suelo de 20-30°C (1616. Lin Li, Luther GC, Hanson P. Raising healthy tomato seedlings. 2015. AVRDC - The World Vegetable Center publication #15-795. 15 pp. ISBN 92-9058-211-1); por tanto, la decisión de evaluar el porcentaje de germinación a los 10 días, ofreció la posibilidad de que germinara la mayor cantidad de semillas por tratamiento.

Los tratamientos donde los sustratos se mezclaron antes de carbonizarse, lograron mejores valores de porcentaje de germinación (hasta 90 %) difiriendo, de forma significativa, de aquellos que poseían sustratos reciclados, que no se carbonizaron. Se destacó, por presentar el menor porcentaje de germinación (< 50 %) el sustrato donde se mezcló carboncillo y sustrato residual (50:50 %) y no se carbonizó el sustrato residual, sin diferir con el sustrato residual (100 %) por su parte, el tratamiento testigo (turba rubia) no estuvo entre los que alcanzaron mejor germinación. (Fig. 3).

Rodríguez y González (1717. Rodríguez Hernández MG, González Fuentes E. Biocarbón enriquecido con humus y compost como sustrato para la producción de plántulas de hortalizas. Boletín Electrónico INIVIT. 2022; 12 (1): 5. Disponible en: http://www.inivit.cu/images/banners/Boletin_INIVIT_1_2022.pdf Acceso 27/03/2023) evaluaron el uso de carboncillo en diferentes proporciones, como sustratos para semilleros en una cooperativa urbana en La Habana, y determinaron que la mezcla de carboncillo: humus: compost (25: 50: 25 %) fue la óptima para el desarrollo de plántulas de lechuga donde, incluso, se constató en observaciones que la germinación fue mejor. El tratamiento con el uso exclusivo de carboncillo no ofreció buenos resultados.

Por su parte, en el caso de la turba, material sugerido en la tecnología de casas de cultivo en Cuba para la obtención de posturas (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23) se informó que presentó el porcentaje de germinación más bajo, en un estudio de sustratos donde se incluyeron compost y carbón vegetal, entre otros (1515. Alfredo Orozco L, Pérez Monzón FR, Angel Castillo GI. Sustratos locales para la producción de pilones de tomate (Solanum lycopersicum L), en dos localidades del departamento de San Marcos. Informe final de proyecto CRIA Occidente. 2019. Cadena de Tomate. Disponible en: http://cunori.edu.gt/descargas/CRIA-INFORME_Pdf-_FINAL_SUSTRATO-.pdf Acceso 30/03/2023).

Altura de la plántula, Diámetro del tallo y Número de hojas

Las posturas de la mayoría de los tratamientos, alcanzaron una altura por encima del valor establecido de 15 cm para el trasplante (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23); destacándose tres tratamientos, donde las plántulas tenían más de 25 cm (Tabla 3). Este crecimiento pudo estar relacionado al hecho de que se excedió en 5 días el ciclo en el semillero, que debe ser de 30 días. Los tratamientos 9, 11 y 12, con los sustratos 100 % puros y la turba, exhibieron los valores menores en cuanto a la altura de las plantas. Los tratamientos con más de 75% de carboncillo alcanzaron los mayores valores en altura, excepto el tratamiento CA 75 % + SR 25 % (PosB) que tuvo alta afectación por damping off.

Debe destacarse, que los tratamientos con sustratos 100% puros mostraron el diámetro de tallo más pequeño, no sobrepasaron los 4 mm, al igual que los tratamientos que tenían SR sin carbonizar. Al respecto, señalaron Nava et al. (1818. Nava Pérez E, Valenzuela Quiñonez W, Rodríguez Quiroz G. Vermicompost as a substitute substrate in tomato (Solanum lycopersicum L.) germination. Agrociencia. 2019; 53(6): 869-880.) que cuando utilizaron 100 % vermicompost, los tallos tuvieron diámetro < 4 mm. Según Kämpf (1919. Kämpf AN. Substratos hortícolas: Turfa e casca de arroz. Lavoura Arrozeira. 1993; 46(409): 12-13.) alcanzar mayor grosor de tallo es indicativo del estado vigoroso de la plántula, mostrando fortaleza y resistencia al ser trasplantada. Los tratamientos con más de 75 % de CA, alcanzaron valores de grosor del tallo > 4 mm, excepto el tratamiento CA 75%+SR 25% (PosB) que estuvo afectado por damping off.

Solo los tratamientos con SR sin carbonizar y la turba rubia, mostraron posturas con un número de hojas por debajo de 5. Una postura de tomate debe tener entre 4 y 5 hojas (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23). De León et al. (2020. De León Díaz M, Pérez Monzón F, Velásquez Godínez D. Validación del rendimiento del cultivo de tomate, utilizando pilones elaborados con sustratos locales, altiplano Occidental, guatemalteco. Informe final de proyecto CRIA Occidente. Cadena de Tomate. 2020. Disponible en: https://www.icta.gob.gt/publicaciones/Informes%20Finales%20IICA-CRIA%202020/8%20TOMATE%20OCCIDENTE/Validaci%C3%B3nSustratos-CUSAM-M%20D%C3%ADaz/Sustratos.pdf) lograron pilones de tomate con una calidad superior a los obtenidos en turba rubia (peat moss) y con una mayor rentabilidad económica.

Volumen de raíces e integridad del cepellón

La calidad de la postura está relacionada, en buena medida, con la calidad del sustrato y con la cantidad de raíces de la misma, ambos forman un agregado nombrado cepellón (adobe en otras regiones), este último (Fig. 4) debe mantenerse íntegro durante la extracción de la bandeja y traslado hacia el campo, lo cual facilita la recuperación de la postura después del trasplante, de esto depende su calidad.

Los tratamientos con SR, sin carbonizar, tuvieron un cepellón poco íntegro (Fig. 5) y un bajo volumen de raíces (Fig. 6). Se observa que el cepellón la turba rubia fue el más íntegro, a pesar de no estar entre los sustratos que tuvieron el más alto volumen de raíces. (Fig. 6)

Según la definición de Triola (2121. Triola MF. Estadística. 2018. Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Decimosegunda edición. 784 pp. ISBN: 978-607-32-4378-0.) existe una correlación positiva y alta (0,72) entre las variables volumen de las raíces e integridad del cepellón, lo cual indica que existe una relación positiva entre ambas variables y un coeficiente de determinación (R²) de 0,52, que nos dice que la variable integridad del cepellón depende en un 52 % del volumen de raíces. (Fig. 7)

Número de posturas muertas por damping off

Los tratamientos con SR sin carbonizar, estuvieron muy afectados por damping off con diferencias significativas respecto al resto (Fig. 9); mientras que, cuando se utilizó SR y se sometió al proceso de pirólisis, no se produjeron daños de importancia por esta enfermedad. (Fig. 8). El sustrato residual, tal como se comentó antes, provenía de lotes de plántulas desechados por afectación de damping off; al no someter este sustrato a pirólisis es posible la contaminación por hongos, presentes en los tratamientos que recibieron el SR sin desinfectar a través de la pirólisis.

Los daños por damping off se presentan de diversas formas. Aparece desde la germinación hasta alrededor de seis semanas posteriores a ésta; incluye afectaciones a las semillas y raíces, pero lo que más se reconoce, es el daño al cuello del tallo, ya que la plántula se dobla y cae. En el caso de las afectaciones a las semillas, estas se vuelven blandas, podridas y no germinan; mientras que, cuando se presenta en los tallos, las lesiones se oscurecen de marrón-rojizo hasta negro, las plantas se marchitan y mueren. Aunque factores abióticos pueden dar lugar a síntomas semejantes y la muerte de las plantas, al damping off se asocian, generalmente, los hongos Fusarium spp., Rhizoctonia spp., Pythium spp., y Phytophthora spp. (2222. Lamichhane JR, Dürr C, Schwanck AA, Robin MH, Sarthou JP, Cellier V, et al. Integrated management of damping-off diseases. A review. Agron. Sustain. Dev. 2017; 37: 10. https://doi.org/10.1007/s13593-017-0417-y).

Según Saldaña et al. (2323. Saldaña Yangüez E, Pineda Pineda J, Rivera Del Río R, Vargas Hernández M, Avitia García E. Variación en propiedades físicas en sustratos reutilizados en el cultivo de Fresa. I Congresso Luso-Brasileiro de Horticultura | Sessão Horticultura Herbácea (Olericultura). 29 Actas Portuguesas de Horticultura | 1ª Edição. 2018. Pp 280-288. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/326173527) la eliminación de los sustratos al final del cultivo es una amenaza potencial para el ambiente. Para disminuir los efectos negativos, está la alternativa de reutilizar los sustratos durante varios ciclos, lo cual no daña los cultivos y aumenta la rentabilidad del material.

Los sustratos son materiales orgánicos o inorgánicos, distintos al suelo, utilizados como soporte en la producción de plántulas con cepellones. Generalmente, se emplean mezclados, y su uso tiene como objetivo evitar el empleo directo del suelo para atenuar los problemas físicos, químicos y sanitarios que pueden afectar la germinación de las semillas y el desarrollo de las plántulas. La calidad del sustrato elegido, es el principal factor de éxito de esta técnica. Además de servir como soporte a la plántula, suministra a las raíces cantidades equilibradas de aire, agua y nutrientes (11. Casanova Morales AS, Hernández Salgado JC (Eds). Manual práctico para la producción protegida de hortalizas en Cuba. 2023. Instituto de Investigaciones Hortícolas “Liliana Dimitrova”-Grupo Agrícola_PNUD, Cuba. 256 pp. ISBN: 978-959-7111-71-9. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2023-08/PNUD-Cuba-manual-hortalizas-protegida.pdf. Acceso: 3/11/23)

Las cáscara de arroz se obtiene en el proceso industrial, donde se separa la cáscara del grano seco por medios mecánicos. Se considera que la cantidad de cáscara que se obtiene es el 22 % del arroz que entra al molino (2424. Curbelo Alonso A, Valera Sterling E, Milián Pérez D, Damas German C, González Rodríguez A, Rodríguez Rosales A. Atlas de bioenergía. Cuba. Edición 2022. Proyecto Bioenergía. Tecnologías energía limpia para las áreas rurales en Cuba. Cubaenergía. 2022. Editorial Cubaenergía. La Habana, Cuba. 172 pp. ISBN 978-959-7231-19-6.). El uso de cáscara de arroz carbonizada se generalizó en diversas partes del mundo para la obtención de plántulas, contribuyendo al reciclaje de los desechos de esta agroindustria. En Cuba, se informó que el uso del carboncillo de arroz mezclado con humus y compost, ofrecía posturas de buena calidad (1717. Rodríguez Hernández MG, González Fuentes E. Biocarbón enriquecido con humus y compost como sustrato para la producción de plántulas de hortalizas. Boletín Electrónico INIVIT. 2022; 12 (1): 5. Disponible en: http://www.inivit.cu/images/banners/Boletin_INIVIT_1_2022.pdf Acceso 27/03/2023).

Los resultados de este estudio muestran que el método de pirólisis empleado en el semillero “La Magela”, permite reutilizar los sustratos residuales de forma segura, sin daño a los cultivos y permitiendo producir más de 10 millones de plántulas de alta calidad cada año, lo cual es reconocido por los agricultores que lo aplican en la provincia Mayabeque, Cuba.