efecto de biocarbono y fertilizantes orgánicos en el
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Universidad de La SalleCiencia Unisalle
Maestría en Agrociencias Facultad de Ciencias Agropecuarias
1-1-2016
Efecto de biocarbono y fertilizantes orgánicos en eldesarrollo de plantas de morera (Morus sp) en fasede vivero bajo condiciones de suelos ácidosSofía Imelda Mora Lamilla
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Citación recomendadaMora Lamilla, S. I. (2016). Efecto de biocarbono y fertilizantes orgánicos en el desarrollo de plantas de morera (Morus sp) en fase devivero bajo condiciones de suelos ácidos. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/maest_agrociencias/7
1
EFECTO DE BIOCARBONO Y FERTILIZANTES ORGÁNICOS EN EL
DESARROLLO DE PLANTAS DE MORERA (Morus sp) EN FASE DE VIVERO
BAJO CONDICIONES DE SUELOS ÁCIDOS.
Tesis presentada para optar el título de
Magíster en Ciencia Animal con énfasis en Producción Sustentable
SOFIA IMELDA MORA LAMILLA
Director
Abelardo Conde Pulgarín
Zootecnista, MSc
Universidad de La Salle
Facultad de Ciencias Agropecuarias
Programa de Zootecnia
Maestría en Ciencia Animal
Bogotá D.C., COLOMBIA
Febrero 2016
2
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
HERMANO CARLOS GABRIEL GÓMEZ RESTREPO F.S.C.
RECTOR
HERMANO CARLOS CARVAJAL F.S.C.
VICERRECTOR ACADEMICO
HERMANO FRANK LEONARDO RAMOS BAQUERO F.S.C.
VICERRECTOR DE PROMOCION Y DESARROLLO HUMANO
DOCTOR LUIS FERNANDO RAMIREZ.
VICERRECTOR DE INVESTIGACION Y TRANSFERENCIA
DOCTOR EDUARDO ANGEL REYES.
VICERRECTOR ADMINISTRATIVO.
DOCTORA PATRICIA INES ORTIZ VALENCIA.
SECRETARIA GENERAL.
DOCTORA CLAUDIA MUTIS.
DECANA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS.
3
DOCTOR ALEJANDRO TOBON.
SECRETARIO ACADEMICO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS.
HERMANO ARIOSTO ARDILA.
DIRECTOR DE POSTGRADOS.
DOCTOR ABELARDO CONDE PULGARÍN.
DIRECTOR PROGRAMA DE ZOOTECNIA.
DOCTOR CESAR AUGUSTO VASQUEZ SIERRA.
ASISTENTE ACADEMICO.
4
APROBACION
DOCTOR LUIS CARLOS VILLAMIL (E)
DIRECTOR DEL PROGRAMA
DOCTOR CESAR AUGUSTO VASQUEZ SIERRA
ASISTENTE ACADEMICO
DOCTOR ABELARDO CONDE PULGARIN
DIRECTOR TRABAJO DE GRADO
DOCTORA LILIANA BETANCOUR LOPEZ
JURADO
DOCTOR SANTIAGO SAENZ TORRES
JURADO
DOCTOR FABIAN CRUZ URIBE
JURADO
5
DEDICATORIA
A Dios por mostrarme el camino y no permitirme
desfallecer en los momentos más difíciles.
A mi esposo Iván, a mis hijos Iván Andrés y David y a mi sobrina Laura
por su amor, por haber sabido soportar mis ausencias
y por su apoyo incondicional.
A mis padres Eduardo e Imelda
por sus constantes voces de aliento.
A mis hermanos, sobrinos, cuñados y amigos
quienes siempre dijeron las frases correctas en los momentos correctos.
6
AGRADECIMIENTOS
A mi director de tesis Dr. Abelardo Conde Pulgarin agradecimiento por su incondicional
apoyo y el tiempo dedicado a este proyecto.
A la Dra. Lylian Rodríguez por sus enseñanzas, por haber “reforestado” mi mente y por
guiarme por el camino de la Sustentabilidad.
A la Dra. Liliana Betancourt por creen en mis capacidades y apoyarme en todo el proceso.
Al Centro de Investigación e Innovación para el Desarrollo Agroalimentario (CIINDA) de
la Universidad de La Salle por haber financiado este proyecto.
Agradecimiento sincero a todas las personas y entidades que apoyaron este trabajo de
investigación como el grupo de Producción Animal Sustentable de la Universidad de La
Salle, a los trabajadores de la Finca “El Cortijo” en Restrepo (Meta), a la Institución
Educativa Departamental Agropecuaria Ferralarada (Choachi) y al personal de los
Laboratorios de Nutrición Animal y de Microbiología de la Universidad de La Salle.
7
Contenido
Lista de tablas ...................................................................................................................... 9
Lista de figuras ................................................................................................................... 10
Resumen .............................................................................................................................. 12
Abstract .............................................................................................................................. 14
1. Introducción ................................................................................................................ 16
1.1. Planteamiento del problema ..................................................................................... 17
1.2. Justificación ................................................................................................................ 19
1.3. Objetivos ...................................................................................................................... 21 1.3.1. Objetivo general ................................................................................................. 21
1.3.2. Objetivos específicos .......................................................................................... 21
2. Marco Teórico ............................................................................................................. 21
2.1. Especie forrajera a evaluar: Morus sp ...................................................................... 24 2.1.1. Nombres comunes. ............................................................................................. 24
2.1.2. Clasificación taxonómica. ................................................................................. 24
2.1.3. Origen y adaptación. ........................................................................................... 25
2.1.4. Descripción. ........................................................................................................ 25
2.1.5. Usos. ................................................................................................................... 25
2.1.6. Características agronómicas. ............................................................................. 26
2.1.7. Productividad. ..................................................................................................... 27
2.1.8. Valor nutritivo. ................................................................................................... 27
2.2. Bioenergía o energía de biomasa ............................................................................... 28 2.2.1. Gasificación y producción de biocarbono .......................................................... 37
2.2.2. Efluente de biodigestor ....................................................................................... 43
2.3. El suelo ......................................................................................................................... 45 2.3.1. Los microrganismos del suelo. ........................................................................... 47
2.3.2. El suelo como hábitat para los microorganismos. .............................................. 48
2.3.3. Función de la materia orgánica en el suelo ........................................................ 49
2.4. Fertilización orgánica ................................................................................................ 51
8
2.4.1. Humus de lombriz o lombricompuesto .............................................................. 53
3. Metodología ................................................................................................................. 55
3.1. Localización. ................................................................................................................ 55
3.2. Fase I: Bioensayo ........................................................................................................ 55 3.2.1. Toma de muestra de suelos ................................................................................. 55
3.2.2. Elaboración del biocarbono. ............................................................................... 56
3.2.3. Fertilizantes evaluados. ...................................................................................... 57
3.2.4. Instalación del bioensayo ................................................................................... 57
3.3. Fase II: Evaluaciones en vivero ................................................................................. 59
3.4. Evaluación microbiológica ......................................................................................... 62
3.5. Diseño experimental ................................................................................................... 63
4. Resultados y discusión .................................................................................................. 64
4.1. Fase I ............................................................................................................................ 64 4.1.1. Análisis de suelos ............................................................................................... 64
4.1.2. Elaboración de biocarbono ................................................................................. 65
4.1.3. Composición química y microbiológica del lombricompuesto. ......................... 67
4.1.4. Composición química y microbiológica del lombricompuesto. ......................... 68
4.1.5. Ensayo 1: Bioensayo con plantas de maíz .......................................................... 69
4.2 Fase II ............................................................................................................................ 86 4.2.1. Prendimiento ....................................................................................................... 88
4.2.2. Sobrevivencia ..................................................................................................... 88
4.2.3. pH del suelo ........................................................................................................ 88
4.2.4. Evaluaciones semanales ..................................................................................... 89
4.2.5. Cosecha ............................................................................................................... 97
4.2.6. Microbiología del suelo .................................................................................... 105
Conclusiones ..................................................................................................................... 109
Recomendaciones ............................................................................................................. 111
Referencias ....................................................................................................................... 112
9
Lista de tablas
Tabla 1. Tecnologías usadas en la producción bionergética y base de producción actual y futura. 31
Tabla 2. Identificación de los tratamientos y nivel de biocarbono en el bioensayo. ......................... 58
Tabla 3. Identificación de los tratamientos y nivel de biocarbono en morera .................................. 60
Tabla 4. Parámetros para evaluar la calidad y magnitud de enraizamiento en estacas de morera .... 62
Tabla 5. Características físico-químicas de los suelos empleados en el ensayo de maíz y morera. . 64
Tabla 6. Análisis microbiológico de los suelos del ensayo de maíz y morera. ................................. 65
Tabla 7. Composición química de la cascarilla de arroz y del biocarbono de cascarilla de arroz .... 65
Tabla 8. Características químicas lombricompuesto 1 ...................................................................... 67
Tabla 9. Características químicas de lombricompuesto 2 ................................................................. 68
Tabla 10. Análisis microbiológico de lombricompuesto 2 ............................................................... 68
Tabla 11. Composición química de efluente de biodigestor. ............................................................ 69
Tabla 12. Análisis microbiológico de efluente de biodigestor .......................................................... 69
Tabla 13. Sobrevivencia (%) de 5 repeticiones en bioensayo de maíz ............................................. 72
Tabla 14. pH de la submuestra de suelo por tratamiento y nivel de inclusión de biocarbono. ......... 73
Tabla 15. Respuesta de las plantas de maíz a la aplicación de biocarbono y fertilizantes. ............... 76
Tabla 16. Valoración de mesófilos aerobios, mohos y levaduras en el bioensayo con maíz. ........... 85
Tabla 17. Sobrevivencia (%) de las 5 repeticiones de estacas de morera. ........................................ 88
Tabla 18. pH de la submuestra de suelo por tratamiento y nivel de inclusión de biocarbono. ......... 89
Tabla 19. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas dasométricas en
estacas de morera en la primera semana de evaluación. ................................................................... 90
Tabla 20. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas dasométricas en
estacas de morera en la segunda semana de evaluación. ................................................................... 91
Tabla 21. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas dasométricas en
estacas de morera en la tercera semana de evaluación. ..................................................................... 92
Tabla 22. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas dasométricas en
estacas de morera en la cuarta semana de evaluación. ...................................................................... 94
Tabla 23. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas dasométricas en
estacas de morera en la quinta semana de evaluación. ...................................................................... 96
Tabla 24. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre indicadores de rendimiento
en cosecha de estacas de morera ....................................................................................................... 98
Tabla 25. Valoración de mesófilos aerobios, mohos y levaduras en el ensayo con morera. .......... 107
10
Lista de figuras
Figura 1. Fuentes de energía en el suministro total de energía primaria mundial en 2008 ............. 29
Figura 2. Visión general de la biomasa lignocelulósica, cultivos de azúcar / almidón y plantas
oleaginosas (materiales de alimentación) y las rutas de procesamiento a intermediarios, que pueden
ser obtenidos a través de diversas rutas a vectores energéticos secundarios, como los
biocombustibles líquidos y gaseosos. .............................................................................................. 32
Figura 3. Ilustración del rol de producción y uso de las energías renovables en comparación con la
producción de energía de tipo tradicional. ....................................................................................... 33
Figura 4. Entradas y salidas en un ecosistema agropecuario promedio. ......................................... 36
Figura 5. Entradas y salidas en un ecosistema destinado a la producción de cultivos para la
generación de bioenergía................................................................................................................... 36
Figura 6. Pirólisis, gasificación y combustión en la llama, generada en el proceso de producción de
gas usando biomasa. .......................................................................................................................... 38
Figura 7. Reacciones químicas en la gasificación. .......................................................................... 38
Figura 8 . Los cinco procesos de la gasificación. ........................................................................... 40
Figura 9. Gasificador de corriente ascendente.................................................................................. 56
Figura 10. Recolección de efluente de biodigestor. ........................................................................ 60
Figura 11. Mantenimiento de condiciones de anaerobiosis del efluente de biodigestor. ................. 60
Figura 12. Estufa de microgasificación de corriente ascendente. ..................................................... 66
Figura 13. Biocarbono de cascarilla de arroz ................................................................................... 66
Figura 14. Rendimiento en la elaboración de biocarbono usando una estufa de microgasificación de
corriente ascendente .......................................................................................................................... 66
Figura 15. Porcentaje (%) de cenizas en el biocarbono obtenido utilizando la estufa de
microgasificación de corriente ascendente ........................................................................................ 67
Figura 16. Vista general de la distribución del bioensayo con maíz ................................................ 70
Figura 17. Mapa de campo del bioensayo con maíz ......................................................................... 70
Figura 18. Porcentaje (%) de germinación plantas de maíz según tratamientos y niveles de
biocarbono. ........................................................................................................................................ 71
Figura 19. pH de la submuestra de suelo en los diferentes tratamientos y niveles de biocarbono. .. 74
Figura 20. a) Altura de plantas de maiz b) largo de la raíz, c) peso de la raíz, d) diámetro del tallo,
e) peso del tallo y f) comparación entre repeticiones. ....................................................................... 75
Figura 21. Respuesta en el largo de raíz (cm) de las plantas de maíz para tratamiento y niveles de
biocarbono evaluados. ....................................................................................................................... 77
Figura 22. Respuesta en el peso de raíz de las plantas de maíz para los tratamientos y niveles de
biocarbono evaluados. ....................................................................................................................... 79
Figura 23. Gráficos de la función que explica el comportamiento de largo de raíz del maíz en los
diferentes tratamientos. ..................................................................................................................... 80
Figura 24. Respuesta para el tratamiento SF obtenido a través de a) función polinomio de tercer
grado y b) derivada de la función. .................................................................................................... 81
Figura 25. Respuesta para el tratamiento LC obtenido a través de a) función sinusoidal y b)
derivada de la función. ...................................................................................................................... 82
11
Figura 26. Respuesta para el tratamiento Q obtenido a través de a) función cuadrática y b)
derivada de la función. ...................................................................................................................... 83
Figura 27. Respuesta para el tratamiento LC+Q obtenido a través de a) función polinomio de
tercer grado y b) derivada de la función. .......................................................................................... 84
Figura 28. Respuesta de las comunidades microbiológicas de acuerdo a tratamientos y niveles de
biocarbono. ........................................................................................................................................ 86
Figura 29. Vista general de la distribución del ensayo con morera. ................................................. 87
Figura 30. Mapa de campo ensayo con morera. ............................................................................... 87
Figura 31. Respuesta en el número de hojas por rama en estacas de morera en la tercera semana de
evaluación para los tratamientos y niveles de biocarbono. ............................................................... 93
Figura 32. Respuesta en el largo de rama en estacas de morera en la tercera semana de evaluación
para los tratamientos y niveles de biocarbono. ................................................................................. 93
Figura 33. Respuesta en el largo de rama en estacas de morera en la tercera semana de evaluación
para los tratamientos y niveles de biocarbono. ................................................................................. 95
Figura 27. a) Altura de plantas de morera b) largo de la raíz, c) peso de la raíz, d) peso de hojas y e)
peso de ramas. ................................................................................................................................... 97
Figura 35. Respuesta en el peso de hojas (g) de las estacas de morera para los tratamientos y
niveles de biocarbono evaluados. ...................................................................................................... 99
Figura 36. Respuesta en el peso de rama (g) de las estacas de morera para los tratamientos y niveles
de biocarbono evaluados. ................................................................................................................ 100
Figura 37. Gráficos de la función que explica el comportamiento del peso de las hojas de morera
en los diferentes tratamientos. ......................................................................................................... 101
Figura 38. Superficie de respuesta para el tratamiento SF obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función. .......................................................................................... 102
Figura 39. Superficie de respuesta para el tratamiento LC obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función. .......................................................................................... 103
Figura 40. Superficie de respuesta para el tratamiento E obtenido a través de a) función cuadrática
y b) derivada de la función. ............................................................................................................. 104
Figura 41. Superficie de respuesta para el tratamiento LC+E obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función. .......................................................................................... 105
Figura 42.Pruebas de laboratorio para valoración de a) mesófilos y b) hongos y levaduras en los
diferentes tratamientos y niveles de biocarbono ............................................................................. 106
Figura 43. Respuesta de las comunidades microbiológicas de acuerdo a tratamientos y niveles de
biocarbono en suelos sembrados con morera. ................................................................................. 107
12
Resumen
En suelos ácidos de los Llanos Orientales de Colombia se evaluó el efecto del
Biocarbono producido con una estufa de micro-gasificación de corriente ascendente y de
fertilizantes orgánicos sobre el comportamiento de morera (Morus sp) en la fase de vivero.
El estudio se realizó en dos experimentos: Experimento 1. Se hizo un bioensayo con
plantas de maíz como planta indicadora cuyo objetivo fue definir los niveles de biocarbono
que permiten la mejor respuesta. El estudio se llevó a cabo bajo un diseño Completamente
al Azar con arreglo Factorial 4X5, con cuatro tratamientos (sin fertilización –SF-, con
lombricompuesto –LC-, con urea –Q- y lombricompuesto con urea –LC+Q) y 5 niveles de
biocarbono (0, 2, 4, 6 y 8%) con 5 repeticiones, en donde se midió largo y peso de raíz, y
diámetro y peso del tallo y los datos fueron sometidos a una modelación matemática para
definir la función de respuesta frente a los tratamientos. Las variables que dieron respuesta
significativa (P<0.05) en tratamiento, nivel y la interacción en el bioensayo fueron para el
largo de raíz en los tratamientos B8SF y B6LC+Q con 43.2 y 41.33 cm y para peso de raíz
en los tratamientos B6LC y B6LC+Q con 19.46 y 19.34 g respectivamente.
Experimento 2. Se realizó bajo un diseño Completamente al Azar con arreglo Factorial
4X3, con cuatro tratamientos (sin fertilización –SF-, con lombricompuesto –LC-, con
efluente –E- y lombricompuesto con efluente –LC+B) y tres niveles de biocarbono (0, 4 y
6%, según superficies de respuesta del bioensayo) con 5 repeticiones. Las variables
medidas fueron: altura de la planta, número de brotes, número de ramas, largo de la rama,
número de hojas por rama, diámetro de la rama, tasa de crecimiento, sobrevivencia,
prendimiento, incidencia de plagas y enfermedades. Al igual que en el experimento 1, los
datos fueron sometidos a una modelación matemática para definir la función de respuesta
13
frente a los tratamientos. Las variables que dieron respuesta significativa (P<0.05) en
tratamiento, nivel y la interacción en morera fueron peso de hojas al utilizar efluente de
biodigestor solo (B6E con 12.05 g) y en asocio con lombricompuesto (B6LC+E con 5.61
g); y para la variable peso de rama se logró diferencia altamente significativa (P<0.01) con
mayores respuestas en los tratamientos B6E y B6LC+E con 3.78 y 1.86 respectivamente.
Por otra parte, se valoró en laboratorio los cambios en las comunidades microbiológicas
de los suelos tratados con biocarbono y fertilizantes orgánicos mediante cultivos de
mesófilos aerobios, mohos y levaduras registrando respuesta altamente significativa
(P<0.01) entre tratamientos en el experimento 1 para hongos y levaduras con mayor valor
en el tratamiento B8LC+Q con 6.83 X 109
U.F.C/g; y para el experimento 2 la respuesta
fue significativa (P<0,05) entre tratamientos también para hongos y levaduras destacándose
el tratamiento B0LC con 6.48 X 109
U.F.C/g. Para mesófilos aerobios no hubo diferencia
significativa entre tratamientos y niveles de biocarbono en ninguno de los dos
experimentos aunque en el experimento 2 se destacó el tratamiento B0LC con 1.68 X 1010
U.F.C/g.
Palabras claves: Biocarbono, gasificación, lombricompuesto, efluente de biodigestor,
microbiología.
14
Abstract
In acid soils of the eastern plains of Colombia Biochar effect produced with a wood
micro-updraft gasification and organic fertilizers on the behavior of mulberry (Morus sp) in
the nursery stage was evaluated. The reserch was conducted in two experiments:
Experiment 1. A bioassay corn plants as indicator plant was made whose objective was to
define the levels of biochar that allow the best answer. The study was conducted under a
completely randomized design with a 4x5 factorial arrangement, with four treatments
(unfertilized -SF- with -LC- with urea-Q-, vermicompost and urea -LC+Q) and 5 levels
Biochar (0, 2, 4, 6 and 8%) with 5 replications, where measured length and root weight and
diameter and weight of the stem and the data were subjected to a mathematical modeling to
define the role of response treatments. The variables that had significant response (P<0.05)
in treatment level and interaction in the bioassay were for the long root in B8SF treatments
and B6LC+Q with 43.2 and 41.33 cm and root weight in B6LC treatments B6LC+Q with
19.46 and 19.34 g, respectively.
Experiment 2. It was conducted under a completely randomized design with a 4x3
factorial arrangement, with four treatments (unfertilized -SF- with vermicompost -LC- with
effluent -E- and vermicompost with effluent -LC+B) and three biochar levels (0, 4 and 6%,
as response surfaces bioassay) with 5 replications. The variables measured were: plant
height, number of shoots, branch, along the branch, number of leaves per branch, branch
diameter, growth rate, survival, engraftment, incidence of pests and diseases. As in
experiment 1, the data were subjected to a mathematical model to define the function of
response to treatment. The variables that had significant response (P<0.05) in treatment
interaction level and weight of mulberry leaves were using single digester effluent (B6E
15
with 12.05 g) and in association with vermicompost (B6LC+E with 5.61 g); and the
variable weight of branch highly significant difference (P<0.01) was achieved with higher
responses in B6E and treatments B6LC+E 3.78 and 1.86 respectively.
Moreover, changes are evaluated in laboratory microbiological communities biochar
treated soils and organic fertilizer by aerobic mesophilic cultures, molds and yeasts
recording highly significant effect (P<0.01) between treatments in experiment 1 for fungi
and yeast higher value in the treatment B8LC + Q to 6.83 x 109 CFU / g; and Experiment 2
the response was significantly (P<0.05) between treatments also fungi and yeasts
highlighting the treatment B0LC U.F.C 6.48 X 109
/ g. For aerobic mesophilic there was no
significant difference between treatments and biochar levels in either experiments but in
experiment 2 the B0LC treatment stood out with 1.68 X 1010
U.F.C / g.
Keywords: Biochar, gasification, vermicompost, digester effluent, microbiology.
16
1. Introducción
Según la Evaluación de los Ecosistemas del Milenio (2005) la reducción de las
emisiones previstas de gases con efecto de invernadero requerirá una serie de tecnologías
para la producción de energía, que van desde el cambio de combustibles (carbón/petróleo
por gas) y un incremento en la eficiencia de las plantas generadoras, hasta el aumento del
uso de las tecnologías de la energía renovable, complementado con un uso más eficiente de
la energía en el transporte, consumo doméstico y los distintos sectores industriales; también
incluirá el desarrollo y uso de instituciones y políticas de apoyo para eliminar las barreras
a la difusión de estas tecnologías en los mercados, un mayor financiamiento por parte de
los sectores público y privado de la investigación y desarrollo, y una efectiva transferencia
de tecnología. Dentro de este contexto la energía de biomasa juega un papel importante en
los sistemas agropecuarios procedente del uso racional de los recursos permitiendo un
suministro estable, económico y seguro dentro del sistema.
Esta investigación pretende de manera estructurada y organizada generar criterios
prácticos en el aprovechamiento de los recursos locales disminuyendo la contaminación
ambiental resultante de procesos de disposición de residuos de la actividad pecuaria y los
generados por procesos industriales y cuyos subproductos se convierten en una alternativa
de bajo costo para ser usados como mejoradores de las condiciones de suelos
proporcionando un mejor desarrollo de las plantas.
El Biocarbono o biochar en inglés, derivado de la combustión de biomasa (madera,
estiércol y residuos de cosecha) con baja o nula presencia de oxígeno (Lehmann & Josep,
2009) es usado como acondicionador de suelo y en nuestro medio ha sido evaluado en
17
sistemas de producción con énfasis de sustentabilidad en cultivos de caña de azúcar (Luna,
2006), maíz (Major et al., 2010) y en asocio con efluente de biodigestores (Rodríguez et
al., 2009).
De otra parte, los fertilizantes orgánicos utilizados en este trabajo fueron efluente de
biodigestor como potente fertilizante nitrogenado remplazando la fertilización a base de
nutrientes de síntesis de alto costo como la urea que está ligada a los precios del petróleo,
además, de los altos costos de energía para su producción; y el lombricompuesto resultante
del proceso de digestión de los residuos vegetales y estiércoles por la lombriz de tierra, con
propiedad de mejorar las condiciones físicas y químicas de los suelos.
Teniendo en cuenta la amplia utilización por parte de los ganaderos de morera
(Morus sp) en sistemas de producción animal especialmente en la zona de los Llanos
Orientales, se hace necesario ahondar en el conocimiento del comportamiento fisiológico
de estas plantas en vivero bajo fertilización orgánica con el fin de establecer criterios de
aprovechamiento acorde al desarrollo de las mismas dentro de los sistemas sustentables de
producción en los suelos del piedemonte llanero de Colombia.
1.1. Planteamiento del problema
En los últimos 50 años los seres humanos han transformado los ecosistemas más rápida
y extensamente que en ningún otro período de tiempo comparable de la historia humana, en
gran parte para resolver rápidamente las demandas crecientes de alimento, agua dulce,
madera, fibra y combustible (Reid et al., 2005). Esto ha generado una pérdida considerable
y en gran medida irreversible de la diversidad de la vida sobre la Tierra, limitando alcanzar
los Objetivos del Milenio especialmente en lo referente a la sostenibilidad ambiental. Por
18
otra parte, la demanda mundial de energía ha crecido rápidamente siendo en la actualidad
el uso comercial de aproximadamente 470 exajulios (EJ) (IEA, 2007), cubierta en un 88%
por combustibles fósiles y se espera que esta demanda se duplique o triplique durante este
siglo, tomando cada día mayor importancia el uso de energías renovables para suplir esa
necesidad energética.
Del área total disponible para la agricultura, en Colombia se utiliza el 90.87% para
pasturas (FAOTAT, 2011), lo que genera menor desarrollo agrícola provocando incluso
déficit de producción interna y poniendo en riesgo la seguridad alimentaria; sumado a lo
anterior, el 70% de las ganaderías se desarrollan bajo sistemas de producción extensiva,
que generan deterioro ambiental de los ecosistemas, pérdida de biodiversidad e inequidad
social, problemas que atentan contra la sostenibilidad ecológica mundial (Mahecha, 2003).
Esto pone en evidencia la importancia de tener sistemas ganaderos altamente sostenibles.
Los suelos de los Llanos Orientales presentan limitaciones para los usos agrícolas
intensivos debido a los escasos niveles de fertilidad, pobre materia orgánica (MO) y
elevada acidez, (Galvis et al., 2008) sumado al escaso o nulo manejo agronómico y a
deficiencias en los sistemas de pastoreo que en época de baja precipitación el aporte de las
praderas en términos de biomasa se reduce, con sus efectos en la disminución de la
productividad animal. El uso de árboles y arbustos en sistemas agroforestales permite
reducir el impacto de esta situación. El mejoramiento de la productividad ganadera se basa
en la relación suelo-planta-animal, en donde la formación de agregados estables en el suelo
constituye un aspecto clave en el reciclaje de nutrientes, disminuyendo la tasa de
descomposición de la materia orgánica, protegiéndola de los microorganismos y
garantizando su acumulación; la actividad biológica permite una buena agregación,
19
distribución y tamaño de los poros, mediante la acción de las raíces y la fauna que penetra
en el suelo y crea canales de acuerdo a su diámetro relativo (Crespo et al., 2005). Cuando
los suelos no tienen estas características es imposible hablar de productividad, razón por la
cual es necesario mejorar las condiciones de los suelos mediante acondicionadores,
correctores y fertilización ojalá de tipo orgánica.
1.2. Justificación
Los Llanos Orientales de Colombia es la región donde se concentra cerca del 37% de la
producción nacional de arroz (Aktiva, 2013) con 144.3 millones de toneladas, ocupando el
segundo lugar a nivel nacional por área sembrada (Fedearroz, 2011) con 173.367 ha
(Agronet, 2012); el Meta y Casanare son los departamentos con mayor área sembrada
(66.392 y 95.226 ha respectivamente) y una producción de 20.8 y 44.7 millones de
toneladas de arroz respectivamente; esto hace que la producción de cascarilla esté alrededor
del 20% del arroz molido (Espinal & Covelada, 2007) que están contribuyendo al deterioro
ambiental si no es dispuesto razonablemente, ejemplo claro es la quema de este material a
cielo abierto liberando energía y emitiendo contaminantes a la atmósfera (gas carbónico).
La producción energía (gas de síntesis) por medio del proceso de gasificación de la
cascarilla de arroz se convierte en una forma económica y ambientalmente viable de
generar energía para uso local y una solución para disminuir la contaminación ambiental; el
biocarbono producto de este proceso es un acondicionador de suelo que puede ser
aprovechado para mejorar las características físicas y químicas de los suelos ácidos de los
Llanos Orientales.
20
El mejoramiento de los suelos mediante el uso de fertilizantes orgánicos es una
estrategia que día a día va tomando más fuerza dentro de los sistemas productivos
ganaderos de nuestro país y es así como la literatura presenta algunos resultados bajo
fertilización orgánica mostrados por Ramírez et al. (2012) usando fertilización bio-orgánica
(FBO) de suelos en la Amazonía Colombiana, por Garcia et al., (2005) en plantaciones de
morera (Morus alba) y Murgueitio & Calle (1998) en bancos de Trichantera gigantea, pero
en ningún caso usando acondicionadores de suelo.
La inclusión de árboles y arbustos en potreros busca obtener cambios de índole
productivo, contenido de nutrientes que mejore las condiciones de los animales, asegurar
niveles significativos de producción de biomasa comestible por unidad de área, todo esto
sumado a las bondades de estos sistemas basado en disminución de la degradación de los
suelos, ciclaje de nutrientes, conservación de la macro y microbiota y producción
sostenible. Dentro de las especies promisorias para arreglos silvopastoriles se encuentran
especies con altos contenidos de proteína (PC), digestibilidad in vitro de la materia seca
(DIVMS) y cenizas que se han adaptado a los suelos del piedemonte llanero, como es el
caso de la morera (Morus sp).
El presente trabajo de investigación tiene como propósito el análisis del efecto del
biocarbono y de fertilizantes orgánicos sobre el desarrollo de plantas de morera en la fase
de vivero, bajo condiciones de suelos ácidos del Piedemonte de los Llanos Orientales de
Colombia.
21
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Evaluar el efecto del biocarbono y fertilizantes orgánicos sobre el desarrollo de estacas
de morera en la fase de vivero bajo condiciones de suelos ácidos del piedemonte del Meta,
Colombia.
1.3.2. Objetivos específicos
Estandarizar la obtención de biocarbono de buena calidad mediante el uso de estufa
de microgasificación.
Determinar los niveles de biocarbono y fertilizantes orgánicos (humus) a evaluar en
morera, mediante un test biológico con maíz en condiciones controladas.
Evaluar las respuestas en vivero de morera bajo tres niveles de biocarbono y
fertilizantes orgánicos (humus y efluente de biodigestor) en condiciones de suelos
ácidos.
Valorar el crecimiento de microorganismos en los suelos tratados con biocarbono y
fertilizantes orgánicos.
2. Marco Teórico
El crecimiento demográfico y el aumento de los ingresos en todo el mundo, aunados
a la transformación de las preferencias alimentarias, están estimulando un acelerado
incremento en el consumo per cápita de carne, leche y huevos, a la vez que la
globalización impulsa el comercio de insumos y productos, incremento que ha sido
fuertemente marcado en Asia oriental y sudoriental, así como en América Latina y el
Caribe. Hoy, alrededor del 80% del crecimiento del sector pecuario se da en sistemas
industriales. Debido a estos cambios, señala el informe de la FAO (2009), la
22
producción ganadera compite directamente por las escasas tierras, el agua y otros
recursos naturales, y a la vez se van convirtiendo en sistemas dependientes de energía,
que desencadenan en altos costos, contaminación ambiental de suelo, aguas, aire,
rápida pérdida de la biodiversidad generada además por la deficiente disposición de los
desechos e incremento las emisiones de gases efecto invernadero –GEI (FAO, 2006).
Las emisiones mundiales de GEI están aumentando rápidamente y, en mayo de
2013, los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera superaron por primera
vez en varios cientos de miles de años las 400 partes por millón (IEA, 2012). Se tiene
clara evidencia que las actividades humanas han afectado las concentraciones,
distribución y ciclos de vida de los GEI (IPCC, 1996) desde comienzos del siglo XX
por la quema de grandes masas de vegetación para ampliar las tierras de cultivo y en los
últimos decenios, por el uso masivo de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y
gas natural para obtener energía para los procesos industriales (www.ciefa.org).
La mayor parte de los análisis científicos señalan que el clima ya está cambiando y
prevén que los acontecimientos climáticos extremos (tales como tormentas,
inundaciones y olas de calor) sean cada vez más frecuentes e intensos, así como la
elevación de la temperatura global y del nivel del mar. Teniendo en cuenta las medidas
ya aplicadas o las previstas pendientes de aplicar, parece que es probable que la
elevación de la temperatura media mundial a largo plazo oscile entre los 3.6 °C y los
5.3 °C (en comparación con niveles preindustriales) y que la mayor parte del aumento
se registre en el presente siglo (IEA, 2012); de alguna forma tales efectos se pueden ver
minimizados con la utilización de energías renovables que se generan de los procesos
naturales y que se reponen a un ritmo mayor, como la energía solar, eólica, geotérmica,
23
hidroeléctrica y de biomasa; se ha calculado que la participación de las energías
renovables en la generación de energía a nivel mundial está alrededor del 20% (IEA,
2012), ésta última importante en este estudio principalmente por el biocarbono,
producto de la gasificación e insumo para mejorar los procesos productivos en suelos
ácidos.
Por otra parte, en Colombia la producción ganadera está representada en 22.5
millones de cabezas en 2015 (ICA, 2015), de las cuales según la Encuesta Nacional
Agropecuaria, ENA (DANE, 2014) el 43.45% ha sido orientado a la producción de
carne, 42.78% al doble propósito y 6.4% a la producción de leche, posicionándose
como el cuarto hato ganadero en Latinoamérica después de Brasil, Argentina y México
(Fedegan & Proexport, 2010). Buscando mejorar resultados en términos productivos los
ganaderos han venido incluyendo árboles y arbustos logrando establecer Sistemas
Agroforestales (SAF) que no es más que formas de uso de los recursos naturales en los
cuales especies leñosas son establecidas en el mismo terreno de forma simultánea o en
asocio temporal con cultivos o animales (Navia, 2000); la incorporación de los SAF
dentro de los sistemas de producción animal es una decisión apoyada en factores tan
importantes como son el consumo por parte de los animales, de manera que permita
obtener cambios de índole productivo por el contenido de nutrientes que mejoran las
condiciones de los animales, tolerancia a la poda y presencia de rebrotes vigorosos para
asegurar niveles significativos de producción de biomasa comestible por unidad de
área; todo esto sumado a las bondades de estos sistemas que contribuyen a disminuir la
degradación de los suelos, mediante el ciclaje de nutrientes, la conservación de la
macro y microbiota y al mantenimiento de una producción sostenible. Dentro de este
24
contexto, entidades como Fedegan y CIPAV han desarrollado gran cantidad de
investigaciones y proyectos como la Ganadería Colombiana Sostenible en donde se
promueven los Sistemas Silvopastoriles Intensivos (SSi) que generan beneficios
sustanciales sobre la biodiversidad, captura de carbono y el agua; además de los
estudios promovidos por SENA, CORPOCALDAS, Parque Nacional Natural Los
Nevados (PNNN), Fundación Pangea y Fundación Cerro Bravo de Manizales,
CARDER, CORANTIOQUIA, Instituto de Investigaciones Biológicas Alexander Von
Humboldt (IAVH) donde fomentan las cercas vivas como una alternativa que genera un
mejor uso y manejo de los ecosistemas locales.
2.1. Especie forrajera a evaluar: Morus sp
2.1.1. Nombres comunes.
A esta especie se le conoce como morera, Moral blanco (Morus alba); el nombre
genérico Morus fue dado por los romanos, y deriva del griego Morón, y éste al parecer lo
hace del celta Mor, que significa negro, aludiendo quizás al color de los frutos de las
moreras. El específico alba (blanco) hace referencia al color característico de los frutos de
esta especie. En otras latitudes es conocida como Amoreira (Brasil), Maulbeerbaum
(Alemania), Mulberry (Inglés), Kurva, Tut (M rica) (Benavides, 2000)
2.1.2. Clasificación taxonómica.
División: Spermatophyta
Clase: Angiosperma
Subclase: Dicoltiledónea
25
Orden: Urticales
Familia: Moraceae
Género: Morus
Especies más comunes: Morus alba, Morus nigra, Morus kagayamse (Morera japonesa),
Morus rubra (Mora roja).
2.1.3. Origen y adaptación.
Algunos autores señalan que su origen es el continente asiático específicamente del
Himalaya (Benavides, 1995). La morera se adapta muy bien desde el nivel del mar hasta
los 2000 msnm, precipitación de 600 a 2000 mm al año, temperatura de 18 a 38°C,
fotoperiodo de 9 a 13 horas/día y humedad relativa del 65 al 80% (Ting-Zing et al., 1988,
citado por Benavides 1994)
2.1.4. Descripción.
Son plantas leñosas, de porte bajo-medio. Hojas generalmente alternas, simples, íntegras
hasta lobadas, brillantes y estipuladas. Flores en inflorescencias cimosas, agrupadas en
glomérulos globulosos y frutos de color blanco al morado (Benavides, 1994).
2.1.5. Usos.
La morera es un árbol de uso múltiple que tradicionalmente se utiliza como alimento
para el gusano de seda, pero también tiene uso como forraje para el ganado bovino, ovino,
caprino y monogástricos (cerdos, aves, conejos), paisajismo y uso en la industria de
fármacos. El follaje se puede utilizar como alimento principal para las cabras, ovejas y
26
conejos, y como complemento alimenticio, en lugar de los concentrados, para el ganado
vacuno productor de leche, y como ingrediente para la alimentación de los animales
monogástrico, como los cerdos (Zepeda, 1991) en evaluaciones realizadas en Camboya
(Ly et al., 2001; Chiev Phiny et al., 2003) y en Mesoamérica y México en cerdos en
engorde y cerdas gestantes (Muñoz, 2004).
Por su parte Rojas & Benavides (1994) encontraron incrementos de leche de 2.0 a 2.5
kg/animal/día en cabras lecheras cuando la suplementación con morera se elevó de 1.0 a
2.6 % del PV en base seca, con ligeros incrementos en los contenidos de grasa, proteína y
sólidos totales de la leche. En corderos alimentados con una dieta base de King grass se
reportaron ganancias de peso de 60, 75, 85 y 101 g/animal/día cuando se suplementó con
morera en base seca a razón del 0, 0.5, 1.0 y 1.5 % del PV (Benavides, 1986).
2.1.6. Características agronómicas.
La siembra se puede realizar por medio de semilla, acodo, injerto y estaca, siendo esta
última la más utilizada. Posee una gran velocidad de propagación y las estacas pueden
durar almacenadas por más de una semana a la sombra, hasta por más de 100 días en
cámara fría antes de su siembra (Pizarro, 1995). Se puede establecer como plantación
compacta, asociada con árboles leguminosos como poró (Erythrina sp.) y madero
negro (Gliricidia sepium) y como cerca y barrera viva (Benavides, 1995).
El primer corte debe efectuarse 12 meses después de establecida la plantación y si la
fertilización es adecuada, la frecuencia de poda es cada 3 meses en zonas húmedas y cada
4 meses en zonas secas; a una altura entre 0.3 y 1.5 m del suelo; la morera requiere de
27
una buena fertilización, tanto en la siembra como después de cada corte (Benavides,
1995).
2.1.7. Productividad.
La morera ha reportado producciones de biomasa de 4.6, 2.2 y 1.0 t MS/ha a 12, 9 y 6
semanas de rebrote respectivamente, tomando como altura de corte 30 cm, en condiciones
de trópico seco de Guatemala (Benavides, 1994),
2.1.8. Valor nutritivo.
El follaje de morera tiene un alto contenido de proteína cruda (PC) y una elevada
digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS). Presenta una composición
aminoacídica similar a la de la harina de soya; definida como una gran fuente de
aminoácidos, de los cuales, la mitad son aminoácidos esenciales (Sánchez, 2002).
Datos de América Central indican contenidos de PC entre 15 y 25 %, dependiendo de la
variedad, edad de la hoja y las condiciones de crecimiento, y de DIVMS entre 75 y 90 % lo
que implica una calidad igual o superior a la de los concentrados comerciales. El tallo no
lignificado (tallo tierno) también tiene una buena calidad bromatológica, con valores de 7 y
14 % para PC y de 56 y 70 % para la DIVMS (Benavides et al., 1994; Espinosa, 1996). La
PC de la hoja de morera tiene una digestibilidad in vivo de 90 % (Jegou et al., 1994).
Los contenidos de Nitrógeno, Potasio y Calcio son altos, alcanzando las hojas valores de
3.35; 2.0 y 2.5 % para cada mineral respectivamente (Espinosa, 1996) y contenidos de
magnesio de 0.47-0.64% en hojas y 0.26-0.35% en tallos tiernos (Espinosa et al., 1999);
28
estos contenidos de minerales son sorprendentes en la morera, que en términos generales
alcanza un valor de cenizas de hasta 17% (Espinosa et al., 1999).
2.2. Bioenergía o energía de biomasa
En tiempos donde la eficiencia en la producción de energía toma mayor importancia, el
uso de energías renovables como bioenergía, energía solar fotovoltaica, eólica, geotérmica,
oceánica e hidroeléctrica se posicionan como una solución a los requerimientos energéticos
de las civilizaciones; a nivel global, se estima que las energías renovables representaron el
12.9% del total de 492 EJ de suministro de energía primaria en 2008 (Figura 1), teniendo
como mayor contribuyente la biomasa (10.2%), con la mayoría (aproximadamente el 60%)
siendo la biomasa tradicional utilizada en la cocina y aplicaciones de calefacción en los
países en desarrollo, pero con rápido aumento del uso de la biomasa moderna.
Por otra parte, la energía hidroeléctrica representa el 2.3%, mientras que otras fuentes de
energía renovable representaron el 0.4%. Las energías renovables contribuyeron
aproximadamente con el 19% del suministro mundial de electricidad (16% hidroeléctrica,
3% otras energías renovables) y los biocombustibles contribuyeron con 2% de la oferta
mundial de combustibles para el transporte por carretera. La biomasa tradicional (17%), la
biomasa moderna (8%), energía térmica y geotérmica (2%), juntas proporcionaron el 27%
de la demanda mundial total de calor. La contribución de las energías renovables a la oferta
de energía primaria varía considerablemente según el país y la región (IPCC, 2012).
29
Figura 1. Fuentes de energía en el suministro total de energía primaria mundial en 2008.
Tomado de IPCC (2012)
A diferencia del petróleo, la biomasa puede producirse casi en cualquier país. La
bioenergía representa casi el 10 % del total del suministro de energía mundial, el 33 % de
la energía utilizada en los países en desarrollo, pero sólo el 3 o 4 % en los países
industrializados. También hay grandes diferencias entre las regiones en desarrollo: la
biomasa representa más del 60 % del uso de energía final en África, 34 % en Asia y 25 %
en Latinoamérica. La mayor parte de la biomasa en los países industrializados es
convertida en electricidad y calefacción en plantas de escala industrial, mientras que en los
países en desarrollo, gran parte es quemada en hogares rurales para cocinar y para
calefacción. De hecho, la biomasa es la fuente principal de energía de uso doméstico para
entre 2 mil y 3 mil millones de personas en el mundo en desarrollo. El consumo de energía
para la agricultura es relativamente pequeño entre 4 y 8 % de toda la energía que se utiliza
en los países en desarrollo (Hezell & Pachauri, 2006)
Las energías renovables tienen tres aplicaciones posibles: generación de electricidad,
uso térmico y combustible para el transporte. La bioenergía es la única de las energías
30
renovables apta para utilizarse en las tres aplicaciones. La bioenergía puede producirse a
partir de una variedad de materias primas de biomasa, incluidos los residuos forestales,
agrícolas y ganaderos; las plantaciones forestales de rotación corta; cultivos energéticos; el
componente orgánico de los residuos sólidos urbanos; y otros flujos de residuos orgánicos.
A través de una variedad de procesos, estas materias primas se pueden utilizar directamente
para producir electricidad o calor, o se pueden utilizar para crear combustibles gaseosos,
líquidos o sólidos (Chum et al., 2011)
Las diversas tecnologías bioenergéticas se dividen en tres categorías en función al nivel
de desarrollo que tienen, de esta forma se pueden encontrar tecnologías de primera
generación en donde se han validado los resultados obtenidos, utilizados por empresas
comerciales y mercados ya existentes; los de segunda generación son probados a nivel de
pilotos, usados a menor escala y donde falta investigación al respecto y los de tercera
generación se encuentran en etapa de planificación conceptual en donde aún falta un largo
camino para ser usada masivamente (O´Connell et al., 2009).
Un resumen de los diferentes tipos de bioenergía se muestra en la Tabla 1.
31
Tabla 1. Tecnologías usadas en la producción bionergética y base de producción actual y
futura. Adaptado de O´Connell et al. (2009)
TECNOLOGÍA BASE DE PRODUCCIÓN
ACTUAL
BASE DE PRODUCCIÓN
FUTURA
Los biocombustibles de primera
generación son:
• El etanol a partir de azúcar y
almidón
• El biodiesel a partir de aceite de
primera generación
Electricidad a partir de la
digestión anaerobia
• Azúcar, cultivos de almidón
como maíz, sorgo, yuca
• Oleaginosas: Jatrofa, higuerilla,
palma africana, soya
• El aceite vegetal usado
• El sebo
• Desechos húmedos Urbanas
Base de la producción actual, así
como:
• Cultivos transgénicos
• Nuevos cultivos de semillas de
oleaginosas (por ejemplo
Pongamia)
• Nuevos cultivos de azúcar (por
ejemplo agave)
Los biocombustibles de segunda
generación
• Alcoholes (incluyendo etanol y
butanol)
• Diesel sintético y gas
De primera y segunda generación
de calor y electricidad a partir de
lignocelulosa:
• Fuegos de madera para la
calefacción
• Potencia de centrales eléctricas
de carbón
• Gasificación
• Residuos agrícolas (por ejemplo,
de rastrojos de cereales y basurade
azúcar)
• Los residuos agrícolas de
procesamiento (por ejemplo,
cáscaras de arroz o cereales, y el
bagazo de azúcar)
• Gramíneas - pasto mejorado y
nativo
• Plantaciones forestales -
incluyendo diferentes
componentes, tales como los
residuos dentro del campo,
residuos de cosecha, raleo o
desvío de productos de bajo valor
como la pulpa
• Bosque nativo
• Cultivos dedicados a la
producción energética por ejemplo
Mallee en tierras agrícolas
• Residuos de procesamientos
forestales (por ejemplo, residuos
de aserradero)
• Los residuos orgánicos en los
vertederos
• Malezas leñosas
Base de la producción actual, así
como:
• Expansión de las plantaciones
forestales
• Expansión de pastos mediante el
cultivo específicamente para la
energía
• Expansión de los cultivos
leñosos dedicados a producción de
energía (por ejemplo, los cultivos
de monte bajo como Mallee,
silvicultura de ciclo corto)
• Nuevos cultivos genéticamente
modificados
• Algas en estanques o
biorreactores abiertos
• Posible contracción de residuos
orgánicos en los vertederos
Biorrefinerías de tercera
generación
• Calor, energía, combustibles
líquidos
• Bioproductos de alto valor, tales
como reemplazos de
petroquímicas
• No «residuo»
• Todo lo anterior
32
En la Figura 2 se puede observar la ruta de las diferentes materias primas en la generación
de bioenergía y los compuestos bioenergéticos finales.
Figura 2. Visión general de la biomasa lignocelulósica, cultivos de azúcar / almidón y
plantas oleaginosas (materiales de alimentación) y las rutas de procesamiento a
intermediarios, que pueden ser obtenidos a través de diversas rutas a vectores energéticos
secundarios, como los biocombustibles líquidos y gaseosos. Tomado de Chum et al. (2011)
Desde el punto de vista de salud, el uso de las energías convencionales produce impacto
en las personas ya que se generan altas partículas contaminantes, monóxido de carbono,
entre otros; mientras que el uso de tecnologías de energía renovable tiene el potencial de
reducir los contaminantes atmosféricos a nivel local y regional y disminuir los impactos
33
sobre la salud asociados, en comparación con la generación de energía de origen fósil
(Figura 3). De allí que mejorar el uso tradicional de la biomasa puede reducir los impactos
negativos del desarrollo sostenible (SD), incluyendo la contaminación local y del aire, las
emisiones de gases de efecto invernadero, la deforestación y la degradación forestal (IPCC,
2012).
Figura 3. Ilustración del rol de producción y uso de las energías renovables en
comparación con la producción de energía de tipo tradicional. Tomado de IPPC (2012)
No hay que desconocer que el desarrollo de bioenergías que compiten con la producción
de alimentos para consumo humano y animal conducirá a un alza en los precios de los
alimentos en muchos países en desarrollo, pero también a nivel mundial, si los principales
países exportadores de alimentos (como Estados Unidos, la Unión Europea o Brasil),
desviaran recursos agrícolas significativos a la producción de bioenergía (Hezell &
34
Pachauri, 2006). De allí la importancia del desarrollo de bioenergía sostenible que
contribuya al logro de sistemas agroalimentarios energéticamente inteligentes, como
componente esencial de la agricultura climáticamente inteligente y apoye también a la
Iniciativa de las Energía Sostenible para Todos (SEFA, siglas en inglés), centrándose en
las cuestiones de la cadena agroalimentaria relacionadas con la energía
(http://www.fao.org/energy).
Iniciativas como las adelantadas por la Unidad de Biocarburantes del Centro de
Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de España (CIEMAT)
desarrollando un nuevo biocombustible de origen no alimentario (babethanol), haciendo
uso de un proceso innovador y sostenible de producción de bioetanol de segunda
generación a partir de biomasa lignocelulósica utilizando nuevas materias primas con
composición química específica de contenidos de celulosa> 34%, hemicelulosas <30%, la
lignina <22%, ceniza <10%, lípidos <10%, proteínas <10% y que no compiten con la
alimentación humana y animal, como fibra de Agave resultante de la manufactura del
Tequila, racimos de palma una vez se ha extraído el aceite, maíz dulce que es el resultado
de la mezcla de residuos de cosecha de maíz y la producción de maíz dulce y paja de
cebada (Babethanol, 2015); o investigaciones realizadas por el Instituto Nacional de
Tecnología Agropecuaria de Argentina (INTA) para recolectar, purificar y comprimir el
gas metano emitido por los rumiantes y usarlo como fuente energética calórica, lumínica y
motriz (Energiza, 2015); o la producción de biocombustibles de tercena generación
utilizando algas en la obtención de biodiesel (Faife et al., 2012) y de biogás como
subproducto en la producción de biodiesel (Neumann & Jeison, 2015) y en el tratamiento
de aguas residuales (Garcia et al., 2012)
35
Muchos estudios se han llevado a cabo para determinar el ciclo de vida como
herramienta integral en la evaluación del impacto ambiental de las materias primas usadas
en bioenergía y por ello el concepto de “emergía” toma más importancia a la hora de
cuantificar los verdaderos requerimientos energéticos en dicha cadena de valor.
La Emergía es la disponibilidad de energía de un tipo que se utiliza en transformaciones
directa e indirectamente para hacer un producto o servicio. La unidad de emergía es el
emjulio, una unidad de referencia a la energía disponible de un tipo que se consume en
transformaciones.
Por ejemplo, la luz solar, combustible, electricidad y servicios humanos se puede poner
sobre una base común al expresar a todos, en los emjulios de la energía solar que se
requiere para cada uno. En este caso el valor es una unidad de emergía solar expresada en
emjulios solares (SEJ abreviado), aunque se han utilizado otras unidades, como el emjulios
de carbón o emjulios eléctricos (Odum et al., 2000). Ejemplo de ello se muestra en las
Figuras 4 y 5 donde a través de la teoría general de sistemas se observan las entradas y
salidas para un ecosistema promedio, así como uno destinado a la producción de cultivos
para ser usados en producción de bioenergía (Brown & Bardi, 2001).
36
Figura 4. Entradas y salidas en un ecosistema agropecuario promedio. Tomado de
http://www.cep.ees.ufl.edu/emergy/resources/symbols_diagrams.shtml
Figura 5. Entradas y salidas en un ecosistema destinado a la producción de cultivos para la
generación de bioenergía. Tomado de
http://www.cep.ees.ufl.edu/emergy/resources/symbols_diagrams.shtml
37
Los subproductos de la generación de energía en sistemas de digestión anaerobia
(efluente de biodigestor) y de la gasificación (biocarbono) han sido catalogados como
promisorios para el manejo de suelos como fertilizantes nitrogenados y como
acondicionadores de suelos respectivamente.
2.2.1. Gasificación y producción de biocarbono
La gasificación es el proceso mediante el cual se produce energía a partir de biomasa,
tal como madera, estiércol u hojas, que se calienta a temperaturas alrededor de 700 °C, en
un recipiente cerrado con poco o nula disponibilidad de oxígeno (Lehmann & Josep, 2009).
Los gases derivado de la combustión de biomasa fibrosa con una corriente controlada de
aire son hidrógeno, metano y monóxido de carbono los cuales se derivan de la acción
reductora del carbono para descomponer el agua y el dióxido de carbono del aire
(Southavong & Preston, 2011); este gas que es versátil puede usarse para los mismos
propósitos que el gas natural y es conocido como “gas de síntesis” o “syngas”, “gas pobre”,
“gas de madera”, “gas ciudad” o “gas generador” y cuyo poder calorífico esta alrededor de
los 4 MJ/Nm³. La gasificación es una alternativa con mejores rendimientos que la
combustión en calderas. El empleo de motores diésel o de turbinas de gas para quemar el
gas producido puede elevar el rendimiento a valores por encima del 30%, en la producción
de electricidad. El principal problema que presenta la gasificación de biomasa como
tecnología para la generación eléctrica es la limpieza del gas resultante del proceso de las
impurezas que lo acompañan; la llama que se genera en el proceso presenta diferentes
estadios de acuerdo a la temperatura alcanzada (Figura 6).
38
Figura 6. Pirólisis, gasificación y combustión en la llama, generada en el proceso de
producción de gas usando biomasa. Adaptado de Tom Reed por
http://www.allpowerlabs.com
La gasificación es una combustión por etapas en donde se presentan una serie de
eventos térmicos con el fin de convertir la materia orgánica sólida en gases de
hidrocarburos (Figura 7).
Figura 7. Reacciones químicas en la gasificación. Tomado de Southavong & Preston
(2011)
39
De acuerdo a lo reportado por IDAE (2007) la gasificación cumple con distintas
etapas así: secado, pirolisis, agrietamiento, combustión y reducción.
Una vez seco el material, se produce la pirolisis mediante el cual el calor es aplicado a
la biomasa cruda que se descompone rápidamente debido al ascenso en la temperatura por
encima de los 240°C, con el fin de dividirla en carbón y diversos gases y líquidos que se
liberan colectivamente y se llaman alquitranes, en otras palabras es un proceso de
carbonización.
Luego los gases y líquidos que se fragmentan por el calor son básicamente moléculas de
H, C y O que colectivamente se refieren como volátiles y como su nombre lo indica, los
compuestos volátiles son reactivos y están unidos menos fuertemente en la biomasa que el
carbono.
El agrietamiento consiste en la descomposición de grandes moléculas como el alquitrán
en gases más ligeros; este proceso es crucial para la producción de gas limpio que es
compatible con un motor de combustión interna porque los gases de alquitrán se condensan
en alquitrán pegajoso que ensucian rápidamente las válvulas de un motor. Este
agrietamiento también es necesario para asegurar una combustión adecuada debido a que la
combustión completa sólo se produce cuando los gases combustibles se mezclan a fondo
con oxígeno.
La reducción es el proceso inverso de la combustión en donde se separan los átomos de
oxígeno fuera de productos de combustión de moléculas de hidrocarburos (HC), a fin de
devolver las moléculas a las formas que se pueden quemar de nuevo.
40
La combustión es la combinación de gases combustibles con el oxígeno para liberar
calor, produciendo vapor de agua y dióxido de carbono como productos de desecho. La
reducción en un gasificador se logra haciendo pasar dióxido de carbono (CO2) o vapor de
agua (H2O) a través de un lecho de carbón al rojo vivo (C). El carbono en el carbón
caliente es altamente reactivo con oxígeno, que quita el oxígeno fuera del vapor de agua y
dióxido de carbono, y lo redistribuye a tantos enlaces simples como sea posible, cuando
todo el oxígeno disponible se redistribuye como átomos individuales, la reducción se
detiene.
Los métodos convencionales usan el aire como agente gasificante, pero en ocasiones se
emplea aire enriquecido en oxígeno, aumentando el poder calorífico del gas resultante, al
disminuir el contenido de nitrógeno (Figura 8).
Figura 8 . Los cinco procesos de la gasificación. Tomado de
http://www.allpowerlabs.com/info/gasification-basics/gasification-explained
41
El biocarbono, material rico en carbono producto de la gasificación, a diferencia del
carbón vegetal se produce con la intención de ser aplicado al suelo como mejorador de su
productividad debido a los efectos sobre la fertilidad explicado principalmente por un
aumento del pH en suelos ácidos (Van Zwieten et al., 2009) y la mejora en la retención de
nutrientes a través de la absorción de cationes (Liang et al., 2006). Por otro lado, el uso de
biocarbono también ha demostrado cambios en la comunidad biológica de los suelos,
composición y abundancia (Lehmman et al., 2011), además de las múltiples
investigaciones que lo presentan para la gestión ambiental a escala global como
secuestrante de C para mitigar el cambio climático (Lehmann et al., 2006).
No es una tecnología reciente, de hecho las primeras observaciones se remontan a
Trimble (1851) quien documentó del efecto del biocarbono en el incremento y aceleración
de la vegetación., y las primeras investigaciones sobre sus efectos en el crecimiento de las
plántulas y la química del suelo fueron realizadas por Retan (1915) y Tryon (1948)
respectivamente citados por Lehmann & Josep (2009).
El biocarbono se ha relacionado con frecuencia a la gestión del suelo practicado por
algunas comunidades amerindias antes de la llegada de los europeos, como es el caso de la
fertilidad sostenida en las Tierras Oscuras de la Amazonía localmente conocidas como
Terra Preta (Lehmann & Josep, 2009). La investigación científica de la Terra Preta ha
arrojado información importante sobre el funcionamiento básico de los suelos, en general,
y sobre los efectos de biocarbono, en particular, además muestran que el biocarbono no
sólo es más estable que cualquier otra enmienda para el suelo y que aumenta la
disponibilidad de nutrientes más allá de un efecto fertilizante (Lehmann, 2009), sino que
estas propiedades básicas de la estabilidad y la capacidad de mantener los nutrientes son
42
más eficaces que los de otras materias orgánicas basada en química específica y las
propiedades físicas, tales como la densidad de carga alta, que dan como resultado la
retención de nutrientes mucho mayor y su naturaleza particulada en combinación con una
estructura química específica que proporciona una resistencia mucho mayor a la
descomposición microbiana de la materia orgánica del suelo (Lehmann & Joseph, 2009).
En términos de la agricultura sostenible, el biocarbono ofrece una oportunidad para
mejorar la fertilidad del suelo y la eficiencia de uso de nutrientes utilizando materiales
locales y renovables de una manera sostenible, haciendo más eficiente y más consiente el
uso de los recursos existentes y la protección del medio ambiente; en muchas regiones, la
pérdida de productividad del suelo se da a pesar del uso intensivo de agroquímicos,
coincidiendo con un impacto ambiental negativo sobre los recursos del suelo y el agua
(Foley et al., 2005).
El potencial a gran escala de captura de biocarbono para reducir el CO2 atmosférico
(Lehmann et al., 2006), está dado en términos de casi cuatro veces más C orgánico
almacenado en los suelos de la Tierra que en el CO2 atmosférico. Por otra parte, la
absorción anual de CO2 por las plantas es ocho veces mayor que las emisiones
antropogénicas de CO2 actuales. Esto significa, que grandes cantidades de CO2 son el ciclo
entre la atmósfera y las plantas una vez al año y la mayor parte de C orgánico del mundo ya
está almacenado en el suelo. Desviar sólo una pequeña proporción de esta gran cantidad de
ciclo del C en un ciclo de biocarbono podría hacer una gran diferencia para las
concentraciones atmosféricas de CO2, Desviar sólo el 1 por ciento del consumo anual de la
red en planta de biocarbono podría mitigar casi el 10 por ciento de las actuales emisiones
antropogénicas de C (Lehmann & Joseph, 2009).
43
2.2.2. Efluente de biodigestor
Dentro de los sistemas de producción animal, los desechos producto de la
descomposición del alimento deben estar bien dispuestos para no generar contaminación
ambiental. La digestión anaerobia se ha aplicado principalmente en el manejo de residuos
orgánicos rurales (animales y agrícolas) y más recientemente en el tratamiento de aguas
residuales, tanto industriales como domésticas.
Se considera un proceso de fermentación y mineralización en el que la materia
biodegradable es convertida a compuestos orgánicos e inorgánicos, principalmente a
metano y a dióxido de carbono (Noyola, 1997). La principal característica de los procesos
anaerobios es la degradación de los compuestos orgánicos por parte de las bacterias que no
requieren oxígeno y finalmente con sus reacciones producen el gas metano (Veenstra et al.,
1998).
El proceso de fermentación se compone de tres fases principales (Guevara, 1996;
Ramón et al., 2006) así: una primera fase de hidrólisis, donde las bacterias fermentativas o
acidogénicas hidrolizan los polímeros y las convierten a través de la fermentación en
ácidos orgánicos solubles; una segunda fase de acidificación, donde las bacterias
acetogénicas causan una metabolización de los complicados ácidos orgánicos en acetatos
(CH3COOH), dihidrógenos (H2) y carbodióxidos (CO2); y una tercera fase de
metanización, donde las proteínas, hidratos de carbono y grasa, los aminoácidos, alcoholes
y ácidos grasos que se formaron en las fases anteriores, se convierten en metano, bióxido
de carbono y amoníaco.
44
En la última fase el material de fermentación se vuelve más líquido; los biodigestores
bien sea en geomembrana (pvc) o plástico de invernadero cumplen con esta función
(Pedraza et al., 2002).
En estudios realizados por Estrada et al. (2008) evaluando la calidad del efluente de
bovino encontraron un pH neutral de 6.6 y en cuanto a los minerales, los contenidos
reportados fueron: P 14.8%, Mg 14.5%, Na 58.3%, Zn 35.5%, Cu 294%, y una reducción
en Cenizas 6.9%, Ca 12.4%, Fe 16.6%, Mn 6.9%. El olor fétido de la excreta se eliminó en
su totalidad.
Los cerdos son animales ineficientes a la hora de descomponer nutrientes, de allí que
cerca del 1.3% de sus excretas contienen N, P y K, considerados fertilizantes primarios,
otro 1.2% está constituido por Ca, Cl, S, Na, entre otros, considerados como fertilizantes
secundarios (Chara & Pedraza, 2002). Según Taiganides (1994), dentro de estos elementos,
el nitrógeno es el más importante y está presente principalmente en forma de nitrógeno
orgánico (40% aproximadamente), y nitrógeno amoniacal (60% aproximadamente). Por
todo esto, el agua residual de las explotaciones porcinas poseen buenas características
como fertilizante y a un bajo costo, pero el uso directo, sin un tratamiento previo ocasiona
impactos negativos por lixiviación y escorrentía de nitritos (NO2) y nitratos (NO3).
El efluente de biodigestor, producto de la fermentación de las excretas, es un fertilizante
económico y eficiente que puede ser utilizado con miras no solo de reducir costos, sino
hace parte del manejo racional de contaminantes del ambiente; en múltiples ensayos ha
sido utilizado como aportador de N en lagos para la alimentación de peces (Sophin &
Preston, 2001), crecimiento de Lemna spp (Rodríguez & Preston, 1996), producción de
45
follaje de yuca (Chau, 1998), fertilización de maíz (Rodríguez et al., 2009) reportando
resultados interesantes.
2.3. El suelo
La formación del suelo está dada por cinco factores que interactúan entre sí: los
microrganismos, clima, topografía, material parental y el tiempo. La descomposición física
y química de las rocas a partículas finas de gran superficie, y la liberación concomitante de
nutrientes de las plantas inician el proceso de formación del suelo. Los dos nutrientes
principales que son deficientes en las primeras etapas del proceso son carbono (C) y N, por
lo tanto, los colonizadores iniciales de material de suelo matriz son generalmente las
cianobacterias, capaces de fotosintetizar y fijar N. Después que la vegetación superior se ha
establecido, un continuo de materia orgánica del suelo y las partículas minerales en
tamaños lo suficientemente pequeños permiten la íntima interacción coloidal del suelo
(Paul & Clark, 2007).
El suelo se puede considerar como un sistema en donde existen interacciones entre tres
fases bien definidas: una fase sólida, constituida por materia mineral y orgánica, una fase
líquida, y una fase gaseosa o atmósfera del suelo (Nogales, 2005). El tipo y composición de
la materia mineral viene dado por las características de las rocas del subsuelo, así como de
los procesos edáficos que hayan tenido lugar en su formación. La porción inorgánica es
muy importante por su influencia en la disponibilidad de nutrientes, aireación, retención de
agua, entre otros. La materia orgánica procede de la actividad de los distintos organismos
vivos del suelo y su composición y cantidad es variable, principalmente en función del tipo
de cubierta vegetal. El resto del volumen del suelo está prácticamente constituido por
espacios porosos, que a su vez están ocupados por agua y los gases que constituyen la
46
atmósfera edáfica. La porosidad (cantidad y tamaño de los poros) depende de la textura,
determinada por la cantidad de arena, limo y arcilla, la estructura y el contenido en materia
orgánica. Todos estos factores determinan el movimiento y capacidad de retención de agua
del suelo y la composición gaseosa de su atmósfera (Nogales, 2005).
Además del vapor de agua, la atmósfera del suelo tiene el N2, oxígeno (O2) y gas
carbónico (CO2) pero también existen algunos que son transitorios como amoniaco (NH3),
hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO), las formas óxidos de nitrógeno (NOx),
dióxido de azúfre (SO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), metano (CH4), acetileno (C2H2) y
mezcla de gases orgánicos volátiles. Estos gases están en función de los procesos bióticos
y abióticos, por ejemplo, en la respiración los organismos del suelo y las raíces de las
plantas, el O2 es consumido y evolucionado a CO2, de allí que se tiene bajo porcentaje de
O2 y alto CO2; el gradiente de difusión de solamente 1 a 2% es suficiente para mover O2
dentro y CO2 fuera del suelo (Paul & Clark, 2007). Tanto el contenido en agua como la
composición de la atmósfera del suelo son factores que fluctúan ampliamente (Nogales,
2005)
Para Young (1989) la fertilidad del suelo es la capacidad que tiene para apoyar el
crecimiento de las plantas, en forma sostenida, bajo condiciones dadas de clima y otras
propiedades relevantes de la tierra, y Larson & Pierce (1991) definen la calidad del suelo
como la capacidad de un suelo para funcionar dentro de los límites de los ecosistemas y de
interactuar positivamente con los ecosistemas circundantes. Es así como, el mantenimiento
de la estructura y fertilidad del suelo es de suma importancia para el crecimiento vegetal y
esto a su vez depende de las actividades de los organismos del suelo (especialmente
microorganismos), de allí que la microbiología del suelo tiene un importante papel que
47
desempeñar en la agricultura sostenible intensiva dentro del mantenimiento de la estructura
del suelo, su función en reciclaje de nutrientes y sus interacciones beneficiosas y
perjudiciales con las plantas (Pankhurst & Lynch, 1995).
2.3.1. Los microrganismos del suelo.
Los microorganismos desempeñan funciones de gran importancia en relación con
procesos de edafogénesis, ciclos biogeoquímicos de elementos como el carbono, el
nitrógeno, oxígeno, el azufre, el fósforo, el hierro y otros metales, fertilidad de las plantas y
protección frente a patógenos, degradación de compuestos xenobióticos, etc (Nogales,
2005). Estos microorganismos del suelo, incluyendo bacterias, actinomicetos, hongos,
algas (principalmente algas azul-verdes (cianobacterias)) y protozoos constituyen la mayor
parte de la biomasa del suelo. La diversidad de esta población de microorganismos es
estimada del número de especies, que en algunos grupos incluyen bacterias (30.000),
hongos (1.500.000), algas (60.000) y protozoos (100.000) (Hawksworth & Mound, 1991).
Sin embargo, la diversidad potencial de estos microorganismos, especialmente bacterias,
puede ser mucho más grande debido al posible flujo de genes entre especies.
Utilizando técnicas de observación de secciones ultrafinas de suelo mediante
microscopía electrónica, tomografía, análisis geoestadístico y la elaboración de modelos,
especialmente basados en fractales, se ha demostrado que la distribución de las bacterias
edáficas está altamente estructurada, y que esta estructuración es importante para la
funcionalidad del suelo. Las bacterias se organizan en microcolonias compuestas de pocas
células que pueden pertenecer a diferentes morfotipos (Nunan et al., 2003). Factores como
la presencia de raíces, pequeños agregados, nutrientes y poros parecen gobernar la
distribución de bacterias en microhábitats.
48
El impacto de problemas medioambientales importantes en la diversidad de
comunidades microbianas ha sido también objeto de estudio. En los últimos años, algunos
investigadores han prestado atención al efecto del incremento de la concentración
atmosférica de CO2 en las comunidades microbianas de suelos. Se ha observado que
niveles elevados de este gas incrementan la producción vegetal, afectando a la cantidad y
composición de los compuestos orgánicos que llegan al sistema. Sin embargo, tan sólo se
han detectado cambios menores en la diversidad microbiana de suelos sometidos a niveles
elevados de CO2. La relación entre los microorganismos y la transformación del N
orgánico está dada por la relación C:N que se ha determinado como aproximadamente 25:1
(Paul & Clark, 2007).
En este sentido, Crovetto (1999) señala la importancia de mantener el pH del suelo
cercano a la neutralidad para una mayor eficiencia en la acción de la microbiología del
suelo en los residuos vegetales, siendo las bacterias más sensibles que los hongos y
actinomicetos, aunque estos últimos también disminuyen su acción por el efecto de la
acidez.
2.3.2. El suelo como hábitat para los microorganismos.
Se ha encontrado que el crecimiento microbial en el proceso de generación de suelo
ocurre a grandes profundidades y que la activación de la desnitrificación se realiza en
subsuelo en sitios de enraizamiento profundo si el C es percolado con el nitrato (NO3-
),
además la presencia de microbios en zonas desérticas en donde la temperatura diurna puede
alcanzar los 50°C, en el hielo de los polos a -50°C, en aguas calientes a 90°C y en aguas
oceánicas de las zanjas en los Galápagos a 110°C logra ubicarlos en un amplio espectro
donde pueden actuar (Paul & Clark, 2007).
49
El suelo consiste en partículas minerales de varios tamaños, formas y características
químicas, junto con las raíces de las plantas, poblaciones que viven en el suelo y materia
orgánica en diferentes estados de descomposición. La agregación del suelo es de vital
importancia para el control de la actividad microbial y la cantidad de MO en el suelo. La
formación de agregados del suelo inicia cuando la microflora y las fibras de las raíces,
filamentos y polisacáridos que se combinan con la arcilla dan lugar a complejos
organominerales. La estructura es creada por fuerza física (compactación, lluvia,
crecimiento de raíces, movimiento de los animales, las lluvias) y la arcilla es básica para la
formación de agregados. Aquí se puede definir los microagregados por debajo de 250µm
de diámetro y macroagregados por encima de 250 µm; el diámetro del poro en
microagregados está en un rango de 0.2 a 6 µm y en macroagregados de 25 a 100 µm. Así
mismo, se ha encontrado una fuerte correlación entre el tamaño de los poros del suelo y los
microrganismos presentes, por ejemplo, para las bacterias el tamaño más favorable es de
0.8 -3 µm, los nematodos estan relacionados con poros de 30-90 µm, los hongos
generalmente no se encuentran en agregados <30 µm y los protozoarios están presentes en
poros de >6µm.
El análisis químico de la MO en microagregados presenta un contenido de azúcar en su
mayoría de origen microbial y el contenido de nutrientes (C, N, S, P) encontrado es
diferente entre tamaños de partículas (Paul & Clark, 2007).
2.3.3. Función de la materia orgánica en el suelo
“La materia orgánica del suelo (MO) se ha definido como una mezcla heterogénea de
residuos de plantas y animales en varios estados de descomposición, de sustancias
sintetizadas microbiológicamente y/o químicamente a partir de los productos de
50
degradación, de los cuerpos de microorganismos vivos y muertos, pequeños animales y sus
restos en descomposición” (Schnitzer, 1991 citado por Sánchez et al., 2005).
Gregorich et al. (1994) indicaron que la materia orgánica del suelo debe ser visto como
un conjunto de fracciones en lugar de una única entidad y que estas fracciones son
descriptivas de la "calidad" de la materia orgánica del suelo. Las fracciones más
importantes de materia orgánica son la fracción de la luz, la materia macroorgánica (es
decir, partículas de carbono), carbono de la biomasa microbiana, carbono mineralizable,
carbohidratos y enzimas. Estas fracciones tienen importancia biológica ya que están
involucrados en varias funciones del suelo y procesos tales como la agregación y la
formación de la estructura del suelo y el ciclo de nutrientes y el almacenamiento.
La caracterización química de la materia orgánica, que proporciona información sobre
la estructura química y los grupos funcionales, es también útil para evaluar la influencia de
los cambios de uso del suelo en materia orgánica (Monreal et al., 1995; Mahieu et al.,
1999). Sin embargo, la utilidad de tales medidas en la evaluación de la calidad del suelo no
es tan clara.
De igual forma, la biota del suelo es una parte importante que normalmente, de acuerdo
a su abundancia, diversidad o la actividad se considera como posible indicador de calidad
de suelo (Gregorich et al., 1997). La biomasa microbiana es el agente principal que soporta
la función del suelo y los procesos asociados que intervienen en el almacenamiento y el
ciclo de los nutrientes y la energía (Carter et al., 1999). Los hongos micorrizas juegan un
papel importante en la productividad sostenible de las plantas y en la formación y el
mantenimiento de la estabilidad estructural del suelo (Tisdall, 1996 y Gregorich et al.,
1997), mientras que la fauna del suelo son los principales determinantes de los procesos del
51
suelo que influyen en la formación de los ciclos de nutrientes, agregación y permeabilidad
de suelo (Lavelle et al., 1997).
La materia orgánica influye en la interacción física, química y biológica del suelo
(Doran & Safley, 1997) y el cambio en su uso especialmente por la deforestación y la
quema de biomasa ha sido el principal generador de suelos con baja capacidad productiva y
erosionables (IPCC, 1996). El balance de nutrientes del suelo está dado en función de las
entradas y salidas dentro del sistema y es de importancia mencionar las grandes pérdidas
que se dan como es el caso de evaluaciones realizadas en Somalia (Smaling et al., 1996) en
dónde las pérdidas en N están alrededor de 27 Kg/ha/año, al igual que en Nigeria; caso
contrastante con el superávit de N presentes en Alemania de 47 Kg/ha/año, lo que pone de
manifiesto indicadores negativos de sustentabilidad en los suelos en África. Sin embargo,
balance positivo no necesariamente significa sustentabilidad, puede estar relacionado con
el suministro de materiales fertilizantes externos y esto puede llevar a debilitar más el
sistema.
La materia orgánica total puede no ser un buen indicador de la calidad del suelo en
particular cuando el total contiene fracciones relativamente inertes físicamente y
químicamente estabilizadas. El Carbono de la biomasa microbiana representa una de las
fracciones más lábiles y que hace una contribución crítica a los flujos de nutrientes, la
rotación de la materia orgánica y la estabilidad estructural de los agregados del suelo
(Carter et al., 1999).
2.4. Fertilización orgánica
La fertilización orgánica es considerada como el uso de todo material de origen vegetal
o animal con el fin de mejorar la estructura del suelo y por lo tanto, permite el aumento en
52
la capacidad de retención de agua y disponibilidad de nutriente para las plantas (López et
al., 2001).
Los abonos orgánicos (fertilizantes) contienen N y nutrientes extraíbles como P, K, Ca,
Mg, Cu y Zn y puede aumentar significativamente la fertilidad del suelo en el mediano y
largo plazo (McLaughlin & Mineau 1995; Mitchell & Tu 2006).
Los cambios en la actividad microbiana del suelo sobre la base de la aplicación de los
materiales orgánicos son importantes, de allí que en caña de azúcar (Saccharum spp), el
abono orgánico ha demostrado aumentar la absorción de algunos nutrientes en la hoja,
además se sugirió que la aplicación de compost en el suelo agrícola debe proporcionar una
mejor fertilidad a largo plazo y reducir los impactos fuera del sitio (Viator et al., 2002).
Akanbi et al. (2007) demostraron que el spray foliar de extractos de compost a partir de la
yuca (Manihot esculenta) y cáscara de girasol mexicano (Tithonia rotundifolia) ayudan a
producir estriado de la calabaza (Telfairia occidentalis) y plantas con un crecimiento
comparable a los que recibieron fertilizantes con N, P y K.
El uso indiscriminado de fertilizantes de síntesis conlleva a efectos negativos al
medioambiente debido a la falta de asimilación de los nutrientes por parte de las plantas; se
ha calculado que el 50% del Nitrógeno se pierde como N2, gases trazas y nitrato lixiviado
(Vitousek et al., 1997; Tilman, 1998) y los impactos suelen ser a largo plazo y de alcance
mundial (Vitousek et al., 1997; Rabalais et al., 1998). De manera similar cuando el P, otro
nutriente limitante del crecimiento, se aplica en alto porcentaje, a veces hasta 90% se
precipita por complejos de metales en el suelo (Rodríguez & Fraga, 1999; Gyaneshwar et
53
al., 2002) y más tarde puede conducir a la contaminación por P (Rodríguez & Fraga, 1999;
Sharpley et al., 2003).
Es importante enfatizar que los problemas agroambientales no se limitan al uso de
fertilizantes químicos, también se producen con abonos y compost (Mitchell & Tu, 2006).
Tanto los residuos animales y los fertilizantes químicos tienen el potencial de
contaminación ambiental (McLaughlin & Mineau, 1995; Jarecki, et al., 2008).
Algunos de los fenómenos ambientales que se han relacionado con el uso de
fertilizantes incluyen la lixiviación de nitrato, escorrentía de P, la contaminación del agua
subterránea (Gyaneshwar et al., 2002; Sharpley et al., 2003), la eutrofización de los
ecosistemas acuáticos y los cambios en la red alimentaria (Rabalais et al., 1998), reducción
de la biodiversidad (McLaughlin & Mineau, 1995), la producción de gases de efecto
invernadero, la lluvia ácida y el calentamiento global, los cambios anormales en el pH del
suelo y los cambios en la concentración de sal de los suelos (Mosier et al., 1996; Tilman,
1998; Frink et al., 1999).
2.4.1. Humus de lombriz o lombricompuesto
El lombricompuesto es un "abono orgánico" producto de la interacción entre las
lombrices de tierra y los microorganismos del suelo, dando como resultando un material
con un alto grado de madurez, de alta porosidad, aireación, drenaje, capacidad de
almacenamiento de agua y de actividad microbiana. El uso de esta enmienda favorece la
actividad biológica, mejora de la capacidad productiva de los suelos directamente
relacionados con los aumentos de la disponibilidad de nutrientes y de forma indirecta a
través de mejoras en las propiedades físicas (Ashikary, 2012).
54
El lombricompuesto contiene un promedio de 1,5% - 2,2% de N, 1,8% - 2,2% de P y
1,0% - 1,5% de K; el carbono orgánico se encuentra desde 9,15 hasta 17,98% y contiene
micronutrientes como el sodio (Na), calcio (Ca), Zinc (Zn), azufre (S), magnesio (Mg) y
hierro (Fe) (Nagavallemma et al., 2004).
Existen varios estudios sobre los cambios producidos por la aplicación del humus de
lombriz en las propiedades físicas del suelo, químicas y biológicas, como los reportados
por Mahesewarappa et al. (1999) en donde el contenido de N, carbono orgánico total y los
valores de pH en suelos enmendados con compost orgánico fueron incrementados, al igual
que los valores de humus y el carbono de biomasa microbiana encontrados por Pascual et
al. (1999) y aumento en la actividad microbiana por Albiach et al. (2000).
El lombricompuesto contiene enzimas como la amilasa, lipasa, celulasa y quitinasa, que
pueden destruir la materia orgánica o en el suelo puede liberar los nutrientes y ponerlo a
disposición de las raíces de las plantas (Chaoui et al., 2003).
55
3. Metodología
3.1. Localización.
El presente estudio se realizó en la Finca “El Cortijo” ubicada 7 km en la vía
Villavicencio - Restrepo (Meta), a 420 msnm, 4° 13´ 40´´ Latitud Norte y 73° 34´ 50´´
Longitud Oeste. Según Holdridge (1996), el ecosistema pertenece a Bosque muy húmedo
Tropical (bmh-T) y según la zonificación ICA-IGAC se sitúa en una zona de tierras de
Planicie pluvial de Piedemonte; tiene temperatura promedio de 25.8°C, humedad relativa
del 83%, brillo solar de 1200hr/año y los vientos tienen un régimen asociado a la dinámica
de los vientos Alisos, con velocidad media anual de 7,2 m/s. La precipitación promedio
anual es de 5062 mm, con régimen pluviométrico monomodal, de dos épocas bien
definidas siendo los meses lluviosos de abril a noviembre y en diciembre inicia la época
seca. En cercanía del casco urbano de Restrepo se encuentra ubicada una estación
meteorológica del HIMAT en el sector de Salinas de Upín. Las condiciones de suelos son
ácidos con pH 4.6.
El ensayo se dividió en dos fases para alcanzar los objetivos propuestos.
3.2. Fase I: Bioensayo
3.2.1. Toma de muestra de suelos
En esta fase se realizó la toma de muestra de suelos en el lugar del ensayo según la guía
de recomendaciones para la toma de muestras para análisis del Laboratorio Nacional de
Suelos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi -IGAC (www.igac.gov.co) para análisis
56
químico, físico y microbiológico, laboratorio donde fueron remitidas posteriormente las
muestras .
3.2.2. Elaboración del biocarbono.
El acondicionador de suelo a evaluar correspondió a biocarbono obtenido a partir de
cascarilla de arroz mediante el uso de una estufa con tecnología de micro-gasificación de
corriente ascendente “updraft” (Figura 9) (Herrera, 2010).
Figura 9. Gasificador de corriente ascendente. Tomado de Boonchan Chantaprasarn &
Preston (2004)
Para ajustar el proceso de producción de biocarbono se realizaron pre-ensayos para
conocer el funcionamiento de la estufa de micro-gasificación que fueron básicamente los
relacionados con: cantidad de cascarilla que alimentaba la tolva, suministro de aire (bajo,
medio o alto), tiempos de elaboración de biocarbono y de retención del material en la tolva
una vez terminaba la combustión.
57
Fue necesario verificar en el Laboratorio de Nutrición de la Universidad de La Salle la
calidad del biocarbono mediante análisis de contenido de cenizas y carbón y de esta forma
lograr obtener un material lo más homogéneo posible para ser mezclado y utilizado dentro
del ensayo.
3.2.3. Fertilizantes evaluados.
El fertilizante orgánico utilizado en el ensayo fue lombricompuesto, que junto con el
biocarbono fueron analizados en el laboratorio de suelos del Instituto Geográfico Agustín
Codazzi (IGAC). Este lombricompuesto se elaboró en la vereda Ferralarada del municipio
de Choachí, Cundinamarca, a partir de residuos vegetales de las Termales de Santa Mónica
y los generados en la Granja de la Institución Educativa Departamental Agropecuaria
Ferralarada. El material recolectado fue compostado en pilas inoculadas con
microorganismos eficientes (EM) por cuatro meses y luego se suministraba en las camas
de las lombrices durante cuatro meses más.
El segundo fertilizante evaluado fue la urea, potente fertilizante químico de origen
orgánico que dentro de los fertilizantes sólidos es la fuente nitrogenada de más alta
concentración (46%) y de rápida hidrolización, de allí la importancia de realizar
aplicaciones fraccionadas en los cultivos.
3.2.4. Instalación del bioensayo
El bioensayo se estableció según metodología descrita por Boonchan Chantaprasarn &
Preston (2004), se evaluó el desempeño del maíz como planta indicadora en bolsa de
polietileno de 1 kg bajo cuatro (4) tratamientos: sin fertilizante (SF), lombricompuesto
(LC), urea como fertilizante químico (Q) y lombricompuesto con urea (LC+Q) y cinco (5)
58
niveles de biocarbono (0, 2, 4, 6 y 8%), utilizando como referente lo establecido por
Rodríguez (2009) y Major et al. (2010). La fertilización se realizó con 200 g de
lombricompuesto al inicio de la siembra y 3 g de urea por bolsa correspondiente a 1,24 g de
N, fraccionado en 3 aplicaciones, una cada 8 días a partir de la segunda semana de la
siembra. La humedad se mantuvo a capacidad de campo.
Se evaluó la germinación del maíz y se valoró la incidencia de plagas y enfermedades
durante un período de 30 días.
La identificación de las unidades experimentales se realizó según se muestra en la Tabla
2.
Tabla 2. Identificación de los tratamientos y nivel de biocarbono en el bioensayo.
TRATAMIENTO % BIOCARBONO CÓDIGO
Sin fertilización 0 B0SF
Sin fertilización 2 B2SF
Sin fertilización 4 B4SF
Sin fertilización 6 B6SF
Sin fertilización 8 B8SF
Con lombricompuesto 0 B0LC
Con lombricompuesto 2 B2LC
Con lombricompuesto 4 B4LC
Con lombricompuesto 6 B6LC
Con lombricompuesto 8 B8LC
Con químico 0 B0Q
Con químico 2 B2Q
Con químico 4 B4Q
Con Químico 6 B6Q
Con Químico 8 B8Q
Con químico y lombricompuesto 0 B0LC+Q
Con químico y lombricompuesto 2 B2LC+Q
Con químico y lombricompuesto 4 B4LC+Q
Con químico y lombricompuesto 6 B6LC+Q
Con químico y lombricompuesto 8 B8CL+Q
59
En el momento de la cosecha se realizó una evaluación destructiva, tomando las
medidas de largo y peso de raíz, diámetro y peso del tallo del maíz, además se tomó una
muestra de 30 g de suelo por tratamiento que fue procesado en laboratorio de microbiología
de la Universidad de La Salle.
3.3. Fase II: Evaluaciones en vivero
Con base en los resultados obtenidos en el bioensayo de la Fase I se realizaron
modelaciones matemáticas con el programa Curve Expert 1.4 (2010) y se definieron los
niveles a utilizar en vivero con morera. Se evaluaron niveles de 0, 4 y 6% de biocarbono.
Los tratamientos fueron: sin fertilizante (SF), lombricompuesto (LC), efluente como
fertilizante nitrogenado (E) y lombricompuesto con efluente (LC+E).
La fertilización se realizó con 200 g de lombricompuesto al inicio de la siembra y se
fertilizaron los tratamientos correspondientes con 270 cc de efluente de biodigestor,
fraccionado en 3 aplicaciones de 90 cc cada una a partir de la segunda semana de
establecido el ensayo, que proporcionó 214 mg de N por bolsa de 2 kg según lo
recomendado por Boschini & Vargas (2009) para fertilización en morera. La humedad se
mantuvo a capacidad de campo.
El efluente fue colectado de un biodigestor de flujo continuo fabricado con polietileno
tubular de alta densidad (Figura 10) alimentado con estiércol de cerdos; se colocó una
válvula de salida de gases a los recipientes de recolección, con el fin de evitar
concentración de gases y asegurar la anaerobiosis en el tiempo en que se realizaron los
ensayos (Figura 11).
60
Figura 10. Recolección de efluente de
biodigestor. Foto cortesía L. Rodríguez
Figura 111. Mantenimiento de condiciones
de anaerobiosis del efluente de biodigestor.
Se sembraron estacas de morera de 30 cm de largo con 3- 4 nudos y diámetros de 2–3
cm. y se procedió con la identificación de las unidades experimentales de acuerdo con la
Tabla 3.
Tabla 3. Identificación de los tratamientos y nivel de biocarbono en morera
TRATAMIENTO % BIOCARBONO CÓDIGO
Sin fertilización 0 B0SF
Sin fertilización 4 B4SF
Sin fertilización 6 B6SF
Con lombricompuesto 0 B0LC
Con lombricompuesto 4 B4LC
Con lombricompuesto 6 B6LC
Con efluente 0 B0E
Con efluente 4 B4E
Con efluente 6 B6E
Con efluente y lombricompuesto 0 B0LC+E
Con efluente y lombricompuesto 4 B4LC+E
Con efluente y lombricompuesto 6 B6LC+E
Las evaluaciones en vivero (cada 8 días) realizadas hasta los 45 días fueron:
61
Altura de la planta: medida en centímetros (cm) como la distancia desde la base de la
estaca hasta la parte más alta de cada planta en estado natural (ápice de la última hoja)
Número de brotes: en las primeras semanas de evaluación se consideran brotes aquellas
yemas que no sobrepasaron la longitud de 1 cm.
Número de ramas: conteo visual
Largo de la rama: tomado en centímetros (cm) y medida con regla graduada desde la base
hasta la punta de la rama
Número de hojas por rama: conteo visual
Diámetro de la rama: tomado en centímetros (cm) con un pie de rey en la base de la rama
Tasa de crecimiento: incremento en altura cada 8 días
Sobrevivencia: conteo de estacas vivas, expresado en porcentaje (%)
Prendimiento: conteo de estacas brotadas, relacionadas con el total de estacas y expresado
en porcentaje (%)
Incidencia de plagas y enfermedades: Cuantificación del número de hojas sanas y con
afectación; en escala de 0 a 5 (la planta con grado 0 se considera sin incidencia, 1-
2=resistente, 3-4=tolerante y 5= severamente afectada).
Al finalizar la fase de vivero se evaluó el enraizamiento teniendo en cuenta los parámetros
sugeridos por Henriquez (2004) que se muestran en la Tabla 4.
62
Tabla 4. Parámetros para evaluar la calidad y magnitud de enraizamiento en estacas de
morera
PARAMETROS VALORACIÓN
Presencia de raíces 1 Presencia de raíces
2 Sin raíces
Viabilidad de las raíces 1. Viables: raíces principales con ramificaciones
2. No viables: raíces principales sin ramificaciones
Largo de raíces I. <3 cm: corta
II. 3-10 cm: medianas
III. >10 cm: largas
Abundancia de ramificaciones por
cm de largo de raíz (raíces viables)
a. <3 ramificaciones
b. 4-8 ramificaciones
c. >8 ramificaciones
Número de raíces principales A. 1 raíz principal
B. 2 a 3 raíces principales
C. 4 a 5 raíces principales
D. > 5 raíces principales
Además se pesaron las raíces y se valoró la producción de biomasa aérea mediante el
peso de los tallos y las hojas.
3.4. Evaluación microbiológica
Para determinar la microbiología del suelo en donde se encontraba establecida la
morera, se procedió a la toma de muestra teniendo en cuenta las indicaciones del
laboratorio de suelos del IGAC, lugar donde fueron procesadas para los siguientes análisis:
cuantificación de microrganismos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosfato,
bacterias y actinomicetos, hongos y levaduras, celulolíticos y aerobios.
El fertilizante orgánico (húmus) con que se desarrolló el proyecto se sometió al análisis
de control de calidad del compost y bioabonos, que incluye: ensayo de respiración, pH,
prueba de inhibición de germinación, coliformes totales, fecales, Salmonella, nematodos
patógenos.
63
Se realizó una toma de muestra de 30 g de suelo por tratamiento a los 45 días, momento
del corte, para realizar una valoración del crecimiento de microorganismos en el
Laboratorio de Microbiología de la Universidad de La Salle.
3.5. Diseño experimental
Se trabajó bajo un diseño experimental Completamente al Azar con arreglo Factorial
4X3, en donde se evaluaron cuatro tipos de fertilización (sin fertilizante, con
lombricompuesto, con efluente y lombricompuesto con efluente) y tres niveles de
biocarbono (según superficies de respuesta del bioensayo) con 5 repeticiones.
Los niveles óptimos biocarbono se determinaron mediante modelación matemática con
el programa Curve Expert 1.4 (2010).
64
4. Resultados y discusión
En el presente capítulo se presentan los resultados obtenidos de la aplicación de
biocarbono y fertilizantes orgánicos en las plantas de maíz (Fase I) y morera (Fase II)
objeto del ensayo.
4.1. Fase I
4.1.1. Análisis de suelos
Los análisis de suelos realizados en el IGAC dieron como resultado suelos de textura
franco limosa, muy fuertemente ácido, capacidad de intercambio catiónico media,
contenidos medios de P, K y de materia orgánica, niveles muy bajos de Mg, bajos en Na y
en general de bases intercambiables; altos contenidos de elementos menores como Fe, Cu,
y Mn, mientras que el Zn está en niveles adecuados y muy alta saturación de Al (Tablas 5 y
6), estos valores concuerdan con los reportado por Amézquita (1998) para suelos de los
Llanos Orientales de Colombia.
Tabla 5. Características físico-químicas de los suelos empleados en el ensayo de maíz y
morera.
Parámetro Unidades Valor
Arena % 20.1
Limo % 56.7
Arcilla % 23.2
Clase Textural - F.L.
pH - 4.6
Acidez Intercambiable Cmol(+)/kg 1.7
Saturación de Al % 40.8
Materia orgánica C.O. % 2.5
Capacidad intercambio
catiónico
14.1
Ca cmol(+)/kg 1.9
Mg cmol(+)/kg 0.17
K cmol(+)/kg 0.27
Na cmol(+)/kg 0.13
Bases Totales cmol(+)/kg 2.5
65
Saturación de Bases % 17.5
Mn mg/kg 34.1
Fe mg/kg 84.0
Zn mg/kg 3.7
Cu mg/kg 8.9
B mg/kg 0.15
S mg/kg 1.8
P disponible mg/kg 13.3
Tabla 6. Análisis microbiológico de los suelos del ensayo de maíz y morera.
Parámetro Unidades Valor
Hongos UFC*/g ó mL de muestra 4.3 x 104
Bacterias Heterótrofas UFC*/g ó mL de muestra 2.0 x 107
Bacterias tipo actinomiceto UFC*/g ó mL de muestra 6.4 x 105
Fijadores de Nitrógeno UFC*/g ó mL de muestra 9.9 x 106
Solubilizadores de Fosfatos UFC*/g ó mL de muestra 6.8 x 105
* UFC: Unidades Formadoras de Colonias
4.1.2. Elaboración de biocarbono
La cascarilla de arroz y biocarbono fueron sometidos a análisis de calidad en el
Laboratorio Nacional de Suelos obteniendo los resultados que se presentan en la Tabla 7.
Tabla 7. Composición química de la cascarilla de arroz y del biocarbono de cascarilla de
arroz
Parámetro Cascarilla de arroz Biocarbono de cascarilla
Ca (%) 0.91 0.16
Mg (%) 0.20 0.11
K (%) 1.14 1.31
P (%) 0.12 0.12
N (%) 0.31 0.16
Mn (mg/kg) 41 391
Fe (mg/kg) 329 126
Zn (mg/kg) 14 64
Cu (mg/kg) 22 16
B (mg/kg) 17 20
Luego de una estandarización del proceso, la estufa de microgasificación utilizada en la
fase 1 para la elaboración del Biocarbono (Figura 12 y 13) reportó una capacidad de 1.5 kg
de cascarilla de arroz por lote, el proceso señaló un tiempo promedio de duración de 50
66
minutos, con un rendimiento promedio de 26.86% (Figura 14), contenido de ceniza del
47.32% (Figura 15), de Carbono del 52.68% y pH de 9.6. Estos resultados son parecidos a
lo reportado por Sokchea y Preston (2011) en rendimiento de biocarbono del 25%, cenizas
(35.6%) y carbono (64.4%).
Figura 14. Rendimiento en la elaboración de biocarbono usando una estufa de
microgasificación de corriente ascendente
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
LOTE1
LOTE2
LOTE3
LOTE4
LOTE5
LOTE6
LOTE7
REN
DIM
IEN
TO %
RENDIMIENTO ELABORACIÓN DE BIOCARBONO
RENDIMIENTO
PROMEDIO
Figura 12. Estufa de microgasificación de
corriente ascendente.
Figura 13. Biocarbono de cascarilla de
arroz
67
Figura 15. Porcentaje (%) de cenizas en el biocarbono obtenido utilizando la estufa de
microgasificación de corriente ascendente
4.1.3. Composición química y microbiológica del lombricompuesto.
Al igual que biocarbono y cascarilla de arroz, el lombricompuesto usado en la fase I se
analizó en el Laboratorio Nacional de Suelos mostrando un adecuado pH lo que denota un
proceso completo de obtención del lombricompuesto, mientras que en el utilizado en la
Fase II requería un mayor tiempo de maduración, por su parte el contenido de N total
presente en el segundo lombricompuesto es mejor que en el utilizado en la Fase I; en la
Tabla 8 se presentan las características químicas y microbiológicas.
Tabla 8. Características químicas lombricompuesto 1
Parámetro Unidades Valor
pH - 7.5
Pw 6.2
K total % 1.59
N.T. % 1.3
P total mg/kg 4590
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
CEN
IZA
(%
)
LOTE (No.)
% CENIZA DEL BIOCARBONO
CENIZA
PROMEDIO
68
Y en las tablas 9 y 10 se muestran los resultados del lombricompuesto usado en la fase
II.
Tabla 9. Características químicas de lombricompuesto 2
Parámetro Unidades Valor
pH - 5.5
Materia orgánica C.O. % 30.3
Materia orgánica N. total % 2.3
Capacidad intercambio
catiónico
66.9
Ca cmol(+)/kg 15.4
M
G
cmol(+)/kg 9.1
K cmol(+)/kg 0.32
Na cmol(+)/kg 1.3
Bases Totales cmol(+)/kg 26.1
Saturación de Bases % 39.0
Mn mg/kg 19.1
Fe mg/kg 23.6
Zn mg/kg 28.8
Cu mg/kg 1.2
B mg/kg *
P disponible mg/kg 1755
P total mg/kg 4590 * NO SE PUDO CUANTIFICAR POR INTERFERENCIA DEL COLOR DEL EXTRACTO.
Tabla 10. Análisis microbiológico de lombricompuesto 2
Parámetro Unidades Valor
Respiración (mg CO2/g)/48h 0.501
pH 5.8
Salmonella spp Detectada Coliformes totales NMP*/g ó mL de muestra >594
Coliformes fecales NMP*/g ó mL de muestra >594 Escherichia coli NMP*/g ó mL de muestra 7 Confianza del valor NMP: 95%. El dato del análisis se expresa en un intervalo: Límite inferior < NMP < Límite superior.
4.1.4. Composición química y microbiológica del lombricompuesto.
Efluente de biodigestor utilizado fue analizado en el Laboratorio de Nacional de Suelos
y cuya composición química y microbiológica se muestran en las Tablas 11 y 12.
69
Tabla 11. Composición química de efluente de biodigestor.
Parámetro Unidades Valor
pH - 7.6
CE μS/cm 58.16
RAS 5.1
Clase C4S2
P mg/L 22.2
Ca mmol(+)/L 1.7
Mg mmol(+)/L 0.57
K mmol(+)/L 11.8
Na mmol(+)/L 5.5
Amonio mmol(+)/L 43.5
Suma 63
Sulfatos mmol(+)/L 47.0
Cloruros mmol(+)/L 6.5
Carbonatos mmol(+)/L 0.00
Bicarbonatos mmol(+)/L 2.7
Nitratos mmol(+)/L 13.1
Suma 69.3
Tabla 12. Análisis microbiológico de efluente de biodigestor
Parámetro Unidades Valor
Respiración (mg CO2/g)/48h 0.204
pH 7.5
Salmonella spp Detectada Coliformes totales NMP*/g ó mL de muestra 2.9 X 10
3 Coliformes fecales NMP*/g ó mL de muestra 9.9 X 10
6 Escherichia coli NMP*/g ó mL de muestra 6.8 X 10
5 Confianza del valor NMP: 95%. El dato del análisis se expresa en un intervalo: Límite inferior < NMP < Límite superior.
4.1.5. Ensayo 1: Bioensayo con plantas de maíz
El bioensayo con las plantas de maíz fue establecido bajo condiciones de invernadero
con el fin de mantener controladas la mayor cantidad de variables que pudieran afectar el
experimento; su ubicación fue aleatoria según el mapa de campo elaborado (Figuras 16 y
17).
70
Figura 16. Vista general de la distribución del bioensayo con maíz
Figura 17. Mapa de campo del bioensayo con maíz
71
4.1.5.1. Germinación
En la Figura 18 se muestran los resultados obtenidos en la germinación según
tratamientos y niveles de biocarbono; se observa una germinación del 100% en las plantas
de maíz hasta el sexto día postsiembra en los tratamientos B0SF, B8LC, B0Q, B2Q, B4Q,
B6Q, B0LC+Q, B2LC+Q, B4LC+Q, B6LC+Q y B8LC+Q; los restantes tratamientos
presentaron germinación a los cuatro días de realizarse la siembra. Se podría decir que el
biocarbono no influyó en las condiciones de germinación del ensayo, respuesta que difiere
con lo reportado por Lehmann et al. (2011) donde afirma que la adición de biocarbono
disminuye la resistencia a la tracción del suelo que permite una germinación más rápida de
las semillas.
Figura 18. Porcentaje (%) de germinación plantas de maíz según tratamientos y niveles de
biocarbono.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
B0
SF
B2
SF
B4
SF
B6
SF
B8
SF
B0
LC
B2
LC
B4
LC
B6
LC
B8
LC
B0
Q
B2
Q
B4
Q
B6
Q
B8
Q
B0
LC
+Q
B2
LC
+Q
B4
LC
+Q
B6
LC
+Q
B8
LC
+Q
GERMINACIÓN DEL MAÍZ -BIOENSAYO
Seis días después de la siembra
Cuatro días después de lasiembra
Tres días después de lasiembra
Dos días después de la siembra
72
No se realizó estadística a la germinación porque el fertilizante químico de los
tratamientos Q y LC+Q se aplicó a partir de la segunda semana de la siembra así que desde
el punto de vista práctico no se podía evaluar su efecto sobre la germinación del maíz.
4.1.5.2. Incidencia de plagas y enfermedades
No se mostró presencia importante de plagas ni enfermedades en el tiempo de
evaluación del bioensayo.
4.1.5.3. Sobrevivencia
En el periodo evaluado del 05 de Septiembre al 06 de Octubre de 2013 (31 días) el
porcentaje de sobrevivencia de las plantas de maíz por tratamiento fue el siguiente (Tabla
13):
Tabla 13. Sobrevivencia (%) de 5 repeticiones en bioensayo de maíz
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO Sobrevivencia
SIN FERTILIZANTE
0 80 2 100 4 100 6 100 8 100
CON LOMBRICOMPUESTO
0 100
2 100
4 60
6 100
8 80
CON QUÍMICO
0 60 2 60 4 100 6 100 8 60
CON LOMBRICOMPUESTO + QUÍMICO
0 80
2 60
4 40
6 60
8 60
73
4.1.5.4. pH del suelo
Se determinó el pH por tratamiento mediante una submuestra de las repeticiones de cada
uno, obteniendo una diferencia significativa (P<0.05) para los niveles de biocarbono mas
no para los tratamientos (Tabla 14)
Tabla 14. pH de la submuestra de suelo por tratamiento y nivel de inclusión de biocarbono.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO pH
SIN FERTILIZANTE
0 4.05 2 4.49 4 4.65 6 5.03 8 5.45
CON LOMBRICOMPUESTO
0 5.39
2 5.78
4 5.74
6 5.98
8 6.06
CON QUÍMICO
0 4.00 2 4.30 4 4.49 6 4.99 8 5.2
CON LOMBRICOMPUESTO + QUÍMICO
0 5.30
2 5.65
4 5. 77
6 5.99
8 6.11
P TIPO TTO 0.175
NIVEL 0.018
Se observa que a medida que se incrementa el porcentaje de inclusión de biocarbono el
pH sube (Figura 19) de la misma forma que los resultados reportados por Rodríguez et al.
(2009) de 4.0 – 4.5 a 6.0 – 6.5 cuando se incluyó biocarbono; el menor valor se presentó en
los suelos tratados con químico (urea) debido a que el nitrógeno genera una disminución
del pH (Ramírez, 1998).
74
Figura 19. pH de la submuestra de suelo en los diferentes tratamientos y niveles de
biocarbono.
4.1.5.5. Cosecha.
Se realizó evaluación destructiva del maíz y registro fotográfico documentando el
tamaño y aspecto de las plantas (Figura 20); se midió largo y peso de la raíz, diámetro y
peso del tallo. Los resultados se presentan en la Tabla 15.
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8
pH
BIOCARBONO
pH BIOTEST MAÍZ
CONTROL
LC
Q
LC+Q
75
a)
b) c)
d) e)
f)
Figura 20. a) Altura de plantas de maiz b) largo de la raíz, c) peso de la raíz, d) diámetro
del tallo, e) peso del tallo y f) comparación entre repeticiones.
76
Tabla 15. Respuesta de las plantas de maíz a la aplicación de biocarbono y fertilizantes.
EES: Error Estándar
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO
LARGO RAIZ (cm)
PESO RAIZ (g)
PESO TALLO (g)
DIAMETRO TALLO (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 37.75 7.37 11.64 6.25
EES 18.88 3.68 5.82 3.13
2 promedio 32.60 15.15 13.79 7.80
EES 14.58 6.77 6.17 3.49
4 promedio 35.80 13.51 20.63 8.40
EES 16.01 6.04 9.22 3.76
6 promedio 42.00 13.79 18.36 7.60
EES 18.78 6.17 8.21 3.40
8 promedio 43.20 9.79 19.57 7.80
EES 19.32 4.38 8.75 3.49
CO
N L
OM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 34.40 15.71 39.89 14.00
EES 15.38 7.03 17.84 6.26
2 promedio 31.40 17.77 30.25 11.80
EES 14.04 7.95 13.53 5.28
4 promedio 36.66 14.94 36.55 11.33
EES 21.17 8.62 21.10 6.54
6 promedio 32.40 19.46 31.52 11.20
EES 14.49 8.70 14.10 5.01
8 promedio 29.75 16.90 31.17 11.25
EES 14.88 8.45 15.59 5.63
CO
N Q
UÍM
ICO
0 promedio 26.66 3.20 6.30 4.67
EES 15.39 1.85 3.64 2.69
2 promedio 39.00 10.60 15.02 9.00
EES 22.52 6.12 8.67 5.20
4 promedio 35.60 15.18 23.63 9.40
EES 15.92 6.79 10.57 4.20
6 promedio 39.00 14.00 25.39 8.20
EES 17.44 6.26 11.35 3.67
8 promedio 34.00 17.25 20.54 9.00
EES 19.63 9.96 11.86 5.20
CO
N L
OM
BR
ICO
MP
UES
TO +
QU
ÍMIC
O
0 promedio 30.50 12.50 20.18 9.50
EES 15.25 6.25 10.09 4.75
2 promedio 30.00 11.79 23.43 9.00
EES 17.32 6.81 13.53 5.20
4 promedio 37.00 17.65 32.94 11.00
EES 26.16 12.48 23.29 7.78
6 promedio 41.33 19.34 28.53 9.67
EES 23.86 11.16 16.47 5.58
8 promedio 18.33 5.05 10.79 7.67
EES 10.58 2.92 6.23 4.43
P
TIPO TTO
0.0321 0.0068 <.0001 <.0001
NIVEL
0.0442 0.0034 0.0667 0.4833
T X N 0.0438 0.0548 0.2424 0.1161
77
4.1.5.5.1. Largo de raíz
Se presentó diferencia significativa (P<0.05) para la variable largo de raíz en el
tratamiento, nivel y en la interacción; la Figura 21 muestra una mayor respuesta para los
tratamientos B8SF y B6LC+Q con 43.2 y 41.33 cm; cabe recordar que el impedimento
mecánico a la penetración de las raíces es debido a que ésta es incapaz de vencer la
resistencia que opone el suelo por procesos de compactación (Taylor, 1980, citado por
Amézquita, 1998), principalmente causando disminución de los rendimientos y de
insostenibilidad en suelos tropicales, debido a los efectos negativos que causan en el
crecimiento de las raíces (Castro y Amézquita, 1991) y en este caso los efectos han sido
minimizados con el uso de biocarbono y lombricompuesto, logrando un desarrollo
radicular óptimo. En otras palabras, la disminución en la resistencia a la tracción del suelo
provocada por el biocarbono y lombricompuesto permitió que la raíz tuviera un mejor
crecimiento.
Figura 21. Respuesta en el largo de raíz (cm) de las plantas de maíz para tratamiento y
niveles de biocarbono evaluados.
10121416182022242628303234363840424446
0 2 4 6 8
Larg
o d
e ra
iz (
cm)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON QUIMICO LOMBRICOMPUESTO Y QUIMICO
78
Se puede decir que la incorporación de biocarbono al suelo constituye una estrategia
importante para la estructuración de la planta y los consecuentes efectos en tolerancia a
sequía, mayor área y profundidad en la absorción de nutrientes.
4.1.5.5.2. Peso de la raíz
La variable peso de raíz presentó una respuesta significativa (P<0.05) para tratamiento y
nivel de biocarbono y respuesta no significativa (P>0.05) para la interacción. Los
tratamientos B6LC y B6LC+Q con 19.46 y 19.34 g respectivamente sobresaliendo con un
mayor peso de raíz como se observa en la Figura 22, respuesta generada por el mayor
desarrollo radicular debido al mejoramiento de las condiciones físicas de los suelos
entendida por la disminución en la densidad aparente gracias a la presencia de biocarbono y
lombricompuesto; las enmiendas orgánicas del suelo pueden ayudar a conservar y/o
mejorar la estructura, porque la materia orgánica es considerado como un agente activo que
promueve la agregación a través de mecanismos físicos y químicos tal como lo reporta
Romaniuk et al. (2011) en su evaluación de los cambios de las propiedades del suelo
obtenidos a partir de la adición de diferentes niveles de lombricompuesto.
79
Figura 22. Respuesta en el peso de raíz de las plantas de maíz para los tratamientos y
niveles de biocarbono evaluados.
Para definir con mayor precisión la respuesta en crecimiento mediante el largo de la raíz
cuando se utilizan los distintos tratamientos y se incrementan los niveles de biocarbono,
hizo análisis de regresión para obtener a través del cálculo de las funciones matemáticas
(Figura 23) el modelo que mejor representa la respuesta y se apoyó en la definición de la
derivada.
Sin fertilizante
Ecuación polinomial de tercer grado:
y=a+bx+cx2+dx
3...
Dónde:
a = 37.787857
b = -6.011607
c = 1.949107
d = -0.139063
02468
10121416182022
0 2 4 6 8
Pes
o d
e ra
iz (
gr)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON QUIMICO LOMBRICOMPUESTO Y QUIMICO
80
Con lombricompuesto
Ecuación Sinusoidal: y=a+b*cos(cx+d)
Dónde:
a = 33.0162
b = 3.6814
c = 0.94107002
d = -3.9074446
Con químico
Ecuación Cuadrática: y=a+bx+cx2
Dónde:
a = 26.66
b = 10.105
c = -1.9675
Con lombricompuesto + químico
Ecuación polinomial de tercer grado:
y=a+bx+cx2+dx
3...
Dónde:
a = 30.707
b = -6.321
c = 3.503
d = -0.3628125
Figura 23. Gráficos de la función que explica el comportamiento de largo de raíz del maíz
en los diferentes tratamientos.
81
La Figura 24 muestra la superficie de respuesta y su correspondiente derivada; la
función que mejor ajuste dio para el tratamiento SF fue un polinomio de tercer grado cuya
función es y=a+bx+cx2+dx
3..., r
2=0.9987 y S=0.3167 con una mejor respuesta en el nivel
7.6 a 7.7% de biocarbono.
a)
b)
Figura 24. Respuesta para el tratamiento SF obtenido a través de a) función polinomio de
tercer grado y b) derivada de la función.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
0 2 4 6 8 10 12
LAR
GO
RA
IZ (
mm
)
BIOCARBONO (%)
SIN FERTILIZACIÓN
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
Derivada
82
Para el tratamiento LC la superficie de respuesta y su correspondiente derivada (Figura
25) dio un mejor ajuste con la función sinusoidal, y=a+b*cos(cx+d), r2=1.0 y S=0.0;
presentando una mejor respuesta en el nivel 4.2 a 4.3% de biocarbono.
a)
b)
Figura 25. Respuesta para el tratamiento LC obtenido a través de a) función sinusoidal y
b) derivada de la función.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0 2 4 6 8 10
LAR
GO
RA
IZ (
mm
)
BIOCARBONO (%)
CON LOMBRICOMPUESTO
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
Derivada
83
La función que mejor ajuste dio para el tratamiento Q fue la cuadrática: y=a+bx+cx2,
r2=1.0 y S=0.0 con una mejor respuesta en el nivel 2.6 a 2.7% de biocarbono (Figura 26).
a)
b)
Figura 26. Respuesta para el tratamiento Q obtenido a través de a) función cuadrática y
b) derivada de la función.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0 1 2 3 4 5
LAR
GO
RA
IZ (
mm
)
BIOCARBONO (%)
CON QUÍMICO
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
DERIVADA
84
La superficie de respuesta para el tratamiento LC+Q (Figura 27) se obtuvo a través de
la función polinomio de tercer grado, y=a+bx+cx2+dx
3..., r
2=0.99 y S=1.7319, donde la
mejor respuesta de logró con el 5.4 a 5.5% de biocarbono.
a)
b)
Figura 27. Respuesta para el tratamiento LC+Q obtenido a través de a) función polinomio
de tercer grado y b) derivada de la función.
4.1.5.6. Microbiología del suelo
Para determinar la respuesta del biocarbono y fertilizantes en especies de bacterias
mesófilas, mohos y levaduras se realizó una conversión logarítmica de los datos y se
trabajó con el programa estadístico SAS para el tratamiento y nivel de biocarbono.
0,000
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
0 2 4 6 8 10
LAR
GO
RA
IZ (
mm
)
BIOCARBONO (%)
CON LOMBRICOMPUESTO + QUÍMICO
-2,500
-2,000
-1,500
-1,000
-0,500
0,000
0,500
1,000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
Derivada
85
Una vez analizados los datos se pudo establecer que en el crecimiento de mohos y
levaduras presentó diferencia altamente significativa (P<0.01) para tratamiento y nivel de
biocarbono (Tabla 16), siendo el tratamiento B8LC+Q quien presentó la mayor cantidad de
mohos y levaduras con 6.83 X 109 U.F.C/g seguido por B8Q con 2.79 X 10
9 U.F.C/g lo
que podría indicar que el incremento en el nivel de biocarbono propicia la proliferación de
hongos.
Aunque para mesófilos no hubo una diferencia significativa (P>0.05) los mayores
valores los muestra el tratamientos B2LC+Q con 6.32 X 109 U.F.C/g (Figura 28).
Tabla 16. Valoración de mesófilos aerobios, mohos y levaduras en el bioensayo con maíz.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO
MESÓFILOS
U.F.C/g
MOHOS –
LEVADURAS
U.F.C/g
SIN FERTILIZANTE
0 1.78 X 109 2.70 X 10
5
2 3.37 X 109 1.00 X 10
5
4 4.99 X 108 9.50 X 10
4
6 5.66 X 108 1.02 X 10
5
8 2.58 X 109 3.42 X 10
5
CON LOMBRICOMPUESTO
0 4.71 X 108 3.80 X 10
5
2 2.24 X 109 2.50 X 10
5
4 2.45 X 108 6.03 X 10
5
6 9.21 X 108 5.35 X 10
5
8 3.23 X 109 3.97 X 10
5
CON QUÍMICO
0 1.57 X 108 1.68 X 10
5
2 3.62 X 108 6.35 X 10
5
4 2.46 X 109 1.51 X 10
8
6 1.08 X 109 2.75 X 10
7
8 2.41 X 109 2.79 X 10
9
CON LOMBRICOMPUESTO +
QUÍMICO
0 1.13 X 109 4.77 X 10
8
2 6.32 X 109 2.63 X 10
8
4 3.99 X 109 5.75 X 10
6
6 3.37 X 109 5.06 X 10
7
8 6.74 X 108 6.83 X 10
9
P TIPO TTO 0.4187 0.0008
NIVEL 0.5052 <0.0001
86
Figura 28. Respuesta de las comunidades microbiológicas de acuerdo a tratamientos y
niveles de biocarbono.
Es importante destacar que los cambios en la composición de la comunidad microbiana
del suelo y/o la actividad inducida por el biocarbono no sólo pueden afectar a los ciclos de
nutrientes y al crecimiento de las plantas, sino también el ciclo de la materia orgánica del
suelo (Wardle et al, 2008; Kuzyakov et al, 2009; Liang et al, 2010, citado por Lehmann et
al., 2011).
4.2 Fase II
Una vez analizada la respuesta obtenida en el bioensayo, se procedió a determinar los
niveles de inclusión de biocarbono en vivero para las estacas de morera teniendo en cuenta
la superficie de respuesta por tratamiento y nivel de biocarbono. Se realizó una distribución
aleatoria de los tratamientos dentro de cada repetición (Figura 29)
0,00E+00
1,00E+09
2,00E+09
3,00E+09
4,00E+09
5,00E+09
6,00E+09
7,00E+09
B0
SF
B2
SF
B4
SF
B6
SF
B8
SF
B0
LC
B2
LC
B4
LC
B6
LC
B8
LC
B0
Q
B2
Q
B4
Q
B6
Q
B8
Q
B0
LC+
Q
B2
LC+
Q
B4
LC+
Q
B6
LC+
Q
B8
LC+
Q
Mesófilos U.F.C/g
M y L U.F.C/g
87
Figura 29. Vista general de la distribución del ensayo con morera.
Figura 30. Mapa de campo ensayo con morera.
88
4.2.1. Prendimiento
El porcentaje de prendimiento en todos los tratamientos y niveles de biocarbono
evaluados fue del 100%.
4.2.2. Sobrevivencia
La sobrevivencia de las estacas de morera fue entre el 80 y 100% durante el periodo de
evaluación tal como lo muestra la Tabla 17, lo que denota una característica importante de
esta especie probablemente por una elevada proporción de carbohidratos solubles,
hormonas reguladoras y triperpenoides relacionados con el metabolismo del crecimiento a
nivel del tallo (García et al., 2005)
Tabla 17. Sobrevivencia (%) de las 5 repeticiones de estacas de morera.
TRATAMIENTO NIVEL BIOCARBONO
SOBREVIVENCIA (%)
SIN FERTILIZANTE
0 100
4 100
6 100
CON LOMBRICOMPUESTO
0 100
4 100
6 80
CON EFLUENTE
0 100
4 100
6 80
CON LOMBRICOMPUESTO + EFLUENTE
0 80
4 100
6 100
4.2.3. pH del suelo
El pH se determinó por tratamiento mediante la medición en una submuestra de las
repeticiones de cada uno, obteniendo una diferencia significativa (P<0.05) para los niveles
de biocarbono mas no para los tratamientos (Tabla 18)
89
Tabla 18. pH de la submuestra de suelo por tratamiento y nivel de inclusión de biocarbono.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO pH
SIN FERTILIZANTE
0 4.50
4 4.61
6 5.00
CON LOMBRICOMPUESTO
0 5.43
4 5.89
6 6.00
CON EFLUENTE
0 4.90
4 5.02
6 5.22
CON LOMBRICOMPUESTO + EFLUENTE
0 5.54
4 5.81
6 6.08
P TIPO TTO 0.0584
NIVEL 0.2226
4.2.4. Evaluaciones semanales
Una vez establecido el ensayo con 3 niveles de biocarbono (0.4 y 6%) y 4 tratamientos:
sin fertilizante (SF), con lombricompuesto (L), con efluente de biodigestor (E) y
lombricompuesto + efluente (LC+E), se procedió a realizar las evaluaciones semanales
obteniendo los resultados que se presentan en la Tabla 19.
90
Tabla 19. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas
dasométricas en estacas de morera en la primera semana de evaluación.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO BROTES (#) RAMAS (#)
LARGO RAMA (cm)
HOJAS RAMA (#)
DIAMETRO RAMA (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 1.67 1.33 2.10 2.50 3.33
EES 0.96 0.77 1.21 1.44 1.92
4 promedio 1.33 1.80 2.52 3.07 3.30
EES 0.77 0.80 1.13 1.37 1.48
6 promedio 1.20 1.00 1.75 3.50 3.50
EES 0.54 0.71 1.24 2.47 2.47
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 1.50 2.00 2.80 3.00 3.00
EES 0.75 1.41 1.98 2.12 2.12
4 promedio 2.25 1.00 5.00 5.00 3.00
EES 1.13 1.00 5.00 5.00 3.00
6 promedio 1.25 2.00 5.68 2.28 3.44
EES 0.63 1.15 3.28 1.31 1.99
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 1.40 1.50 3.05 3.75 4.25
EES 0.63 1.06 2.16 2.65 3.01
4 promedio 1.20 2.00 2.10 3.00 3.00
EES 0.54 1.41 1.48 2.12 2.12
6 promedio 1.67 2.00 2.74 2.88 3.33
EES 0.96 1.15 1.58 1.66 1.92
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EFL
UEN
TE
0 promedio 1.50 2.33 2.43 2.77 3.66
EES 1.06 1.35 1.40 1.60 2.11
4 promedio 1.33 1.50 2.30 2.63 3.13
EES 0.77 0.75 1.15 1.31 1.56
6 promedio 1.00 2.00 2.69 3.83 3.11
EES 0.58 1.15 1.56 2.21 1.80
P
TIPO TTO 0.6152 0.5500 0.2270 0.8209 0.8450
NIVEL
0.5459 0.8577 0.7869 0.5473 0.4431
T X N 0.4426 0.6087 0.8590 0.0425 0.7542 EES: Error Estándar
No se presentó diferencia significativa (P>0.05) en tratamiento, nivel de biocarbono ni
en la interacción para número de brotes, de ramas, largo y diámetro de rama lo que refleja
una uniformidad del material vegetal evaluado en el ensayo.
Para la segunda semana de evaluación (Tabla 20) no hubo diferencia significativa
(P>0.05) aunque el diámetro de la rama presenta una tendencia en la respuesta debida al
nivel de inclusión de biocarbono siendo el tratamiento B6LC y B4LC+E quienes tuvieron
los mayores diámetros con 5.65 y 5.05 mm respectivamente.
91
Tabla 20. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas
dasométricas en estacas de morera en la segunda semana de evaluación.
TRATAMIENTO
NIVEL BIOCARBON
O BROTES (#) RAMAS (#)
LARGO RAMA (cm)
HOJAS RAMA (#)
DIAMETRO RAMA (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 1.33 2.50 4.80 3.98 4.13
EES 0.77 1.25 2.40 1.99 2.06
4 promedio
2.80 6.95 4.63 4.63
EES
1.25 3.11 2.07 2.07
6 promedio 1.00 2.60 5.21 4.00 4.13
EES 1.00 1.16 2.33 1.79 1.85
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 1.00 2.40 5.21 4.00 4.50
EES 1.00 1.07 2.33 1.79 2.01
4 promedio 1.50 2.80 5.61 3.87 3.83
EES 1.06 1.25 2.51 1.73 1.71
6 promedio
2.80 5.36 4.08 5.65
EES
1.25 2.40 1.83 2.53
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 1.25 2.60 3.63 2.96 3.63
EES 0.63 1.16 1.62 1.32 1.62
4 promedio 2.00 2.60 4.76 3.43 4.35
EES 2.00 1.16 2.13 1.54 1.94
6 promedio 1.00 2.20 6.53 4.83 4.70
EES 0.58 0.98 2.92 2.16 2.10
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EFLU
ENTE
0 promedio 1.00 3.00 5.90 4.55 3.93
EES 1.00 1.34 2.64 2.03 1.76
4 promedio 1.00 2.40 6.90 4.73 5.05
EES 1.00 1.07 3.09 2.12 2.26
6 promedio 1.50 2.20 7.11 4.47 4.63
EES 1.06 0.98 3.18 2.00 2.07
P
TIPO TTO
0.8855 0.8715 0.1618 0.1298 0.5401
NIVEL
0.5923 0.6443 0.1342 0.3285 0.0552
T X N 0.5167 0.5824 0.5516 0.1876 0.0882 EES: Error Estándar
En la tercera semana la respuesta significativa (P<0.05) se observa en largo de rama y
hojas por rama para los diferentes niveles de biocarbono evaluados, siendo el tratamiento
B6E con 10.29 cm de largo de rama y 5.6 hojas por rama el que obtuvo una mejor
respuesta (Tabla 21).
92
Tabla 21. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas
dasométricas en estacas de morera en la tercera semana de evaluación.
TRATAMIENTO
NIVEL BIOCARBON
O BROTES (#) RAMAS (#)
LARGO RAMA (cm)
HOJAS RAMA (#)
DIAMETRO RAMA (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 1.50 2.20 4.66 4.30 3.97
EES 1.06 0.98 2.08 1.92 1.77
4 promedio
3.00 8.08 4.83 4.90
EES
1.34 3.61 2.16 2.19
6 promedio
2.80 7.53 5.10 4.50
EES 1.25 3.37 2.28 2.01
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio
2.60 6.38 4.33 4.20
EES
1.16 2.85 1.94 1.88
4 promedio
3.40 6.30 4.73 3.03
EES
1.52 2.82 2.12 1.36
6 promedio 1.00 2.60 7.22 4.72 4.00
EES 1.00 1.16 3.23 2.11 1.79
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 1.50 2.60 4.73 3.80 3.60
EES 1.06 1.16 2.12 1.70 1.61
4 promedio 1.00 2.80 7.61 4.66 3.97
EES 1.00 1.25 3.40 2.08 1.77
6 promedio
3.20 10.29 5.60 4.15
EES 1.43 4.60 2.50 1.86
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EFL
UEN
TE
0 promedio 1.00 3.00 7.63 4.53 3.90
EES 1.00 1.34 3.41 2.03 1.74
4 promedio
2.60 10.68 5.33 4.07
EES
1.16 4.78 2.38 1.82
6 promedio 1.00 2.60 9.03 5.40 3.87
EES 1.00 1.16 4.04 2.41 1.73
P
TIPO TTO
0.932 0.8098 0.1101 0.5515 0.1687
NIVEL
0.8571 0.2763 0.0155 0.0115 0.7521
T X N 0.2106 0.4651 0.8044 0.2579 EES: Error Estándar
Cabe destacar que en ésta semana independientemente del tratamiento, el número de
hojas por ramas se iba incrementando a medida que de aumentaba el nivel de inclusión de
biocarbono en el ensayo pero llega a un punto donde tiende a estabilizarse (Figura 31); por
su parte, el largo de rama encuentra un nivel óptimo de biocarbono (4%) donde manifiesta
su máximo crecimiento (Figura 32).
93
Figura 31. Respuesta en el número de hojas por rama en estacas de morera en la tercera
semana de evaluación para los tratamientos y niveles de biocarbono.
Figura 32. Respuesta en el largo de rama en estacas de morera en la tercera semana de
evaluación para los tratamientos y niveles de biocarbono.
Para la semana cuatro, la respuesta significativa (P<0.05) se observa para el nivel de
inclusión de biocarbono en la variable largo de rama (Tabla 22), que al igual que en la
tercera semana la tendencia se mantiene, logrando mayores resultados en nivel 4% de
biocarbono; el tratamiento B6E con 16.25 cm fue el que tuvo ramas más largas (Figura 33).
0
2
4
6
0 4 6
Ho
jas
po
r ra
ma
(#)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON EFLUENTE LOMBRICOMPUESTO Y EFLUENTE
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0 4 6
Larg
o d
e ra
ma
(cm
)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON EFLUENTE LOMBRICOMPUESTO Y EFLUENTE
94
Tabla 22. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas
dasométricas en estacas de morera en la cuarta semana de evaluación.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO RAMAS (#)
LARGO RAMA (cm)
HOJAS RAMA (#)
DIAMETRO RAMA (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 2.40 5.23 4.10 3.21
EES 1.07 2.34 1.83 1.44
4 promedio 2.80 8.85 4.80 3.66
EES 1.25 3.96 2.15 1.64
6 promedio 2.80 7.97 4.63 3.47
EES 1.25 3.56 2.07 1.55
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 2.60 6.43 4.50 3.47
EES 1.16 2.88 2.01 1.55
4 promedio 3.40 7.77 4.55 2.87
EES 1.52 3.47 2.03 1.28
6 promedio 2.75 7.14 4.92 3.58
EES 1.38 3.57 2.46 1.79
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 2.80 6.27 4.23 2.77
EES 1.25 2.80 1.89 1.24
4 promedio 2.80 8.35 4.57 3.53
EES 1.25 3.73 2.04 1.58
6 promedio 3.00 16.25 6.17 3.80
EES 1.34 7.27 2.76 1.70
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EF
LUEN
TE
0 promedio 2.75 8.92 5.42 3.41
EES 1.38 4.46 2.71 1.71
4 promedio 2.80 12.23 5.53 3.90
EES 1.25 5.47 2.47 1.74
6 promedio 3.20 9.38 4.53 3.28
EES 1.43 4.20 2.03 1.47
P
TIPO TTO
0.6972 0.0564 0.3869 0.8363
NIVEL
0.2624 0.0291 0.3897 0.3229
T X N 0.6702 0.0555 0.1412 0.1637 EES: Error Estándar
95
Figura 33. Respuesta en el largo de rama en estacas de morera en la tercera semana de
evaluación para los tratamientos y niveles de biocarbono.
En la quinta y última semana de evaluación la diferencia significativa (P<0.01) se
reflejó en largo de rama y número de hojas por rama para la interacción, tipo de tratamiento
y nivel de biocarbono aplicado (Tabla 23), siendo el tratamiento B6E el de mayor respuesta
con 31.59 cm de largo de rama y 9.52 hojas por rama, seguido de tratamiento B4LC+E con
16.63 cm de largo de rama y 6.87 hojas por rama.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 4 6
Larg
o d
e ra
ma
(cm
)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON EFLUENTE LOMBRICOMPUESTO Y EFLUENTE
96
Tabla 23. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre medidas
dasométricas en estacas de morera en la quinta semana de evaluación.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO RAMAS (#)
LARGO RAMA (cm)
HOJAS RAMA (#)
DIAMETRO RAMA (mm)
SIN
FER
TILI
ZAN
TE
0 promedio 2.40 5.50 3.52 3.37
EES 1.07 2.46 1.57 1.51
4 promedio 2.80 9.63 4.90 3.53
EES 1.25 4.31 2.19 1.58
6 promedio 2.80 8.78 4.47 3.30
EES 1.25 3.93 2.00 1.48
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 2.20 9.10 5.33 3.43
EES 0.98 4.07 2.38 1.54
4 promedio 3.20 9.40 4.88 3.52
EES 1.43 4.20 2.18 1.57
6 promedio 2.75 8.29 4.10 3.81
EES 1.38 4.15 2.05 1.91
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 3.00 8.36 3.80 3.48
EES 1.34 3.74 1.70 1.56
4 promedio 2.75 7.10 3.33 3.17
EES 1.38 3.55 1.67 1.58
6 promedio 3.00 31.59 9.52 4.33
EES 1.50 15.80 4.76 2.17
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EFL
UEN
TE
0 promedio 3.00 12.83 5.33 3.67
EES 1.50 6.42 2.67 1.83
4 promedio 2.80 16.63 6.87 4.37
EES 1.25 7.44 3.07 1.95
6 promedio 3.20 16.02 5.30 3.42
EES 1.43 7.16 2.37 1.53
P
TIPO TTO
0.4983 0.0007 0.0434 0.6583
NIVEL
0.3808 0.0013 0.0379 0.7316
T X N 0.4509 0.0001 <0.0001 0.3643 EES: Error Estándar
El claro efecto de la interacción entre tratamiento y nivel de biocarbono pudo ser
causado probablemente por los efectos observados en la fertilidad del suelo explicado
principalmente por un aumento del pH en suelos ácidos a causa del biocarbono,
coincidiendo con lo reportado por Rodríguez et al. (2009), logrando una mejor
disponibilidad de nutrientes para la planta como lo evidenciaron Van Zwieten et al. (2010),
sumando a ese pool el N aportado por el efluente de biodigestor que es usado por la
morera para aumentar su follaje como lo muestra Espinosa (1996) en su ensayo.
97
4.2.5. Cosecha
Se realizó evaluación destructiva de la morera y registro fotográfico documentando el
tamaño y aspecto de las plantas, peso y largo de raíz, peso de hojas y de tallos (Figura 27).
a)
b)
c)
d) e)
Figura 34. a) Altura de plantas de morera b) largo de la raíz, c) peso de la raíz, d) peso de
hojas y e) peso de ramas.
Al finalizar el ensayo la respuesta de las estacas de morera a la aplicación de
fertilizantes y biocarbono fue positiva y significativa (P<0.01) para tratamiento, nivel y la
interacción, en las variables peso de hojas y de ramas (Tabla 24).
98
Tabla 24. Respuesta a la aplicación de biocarbono y fertilizantes sobre indicadores de
rendimiento en cosecha de estacas de morera
TRATAMIENTO
NIVEL BIOCARBON
O
LARGO RAIZ (cm)
PESO RAIZ (g)
RAMAS (#) PESO
HOJAS (g) PESO
RAMA (g) SI
N F
ERTI
LIZA
NTE
0 promedio 15.65 0.80 4.00 0.79 0.31
EES 11.07 0.56 2.83 0.35 0.14
4 promedio 24.08 4.29 4.25 2.38 0.66
EES 12.04 2.15 2.13 1.06 0.30
6 promedio 14.95 1.09 3.00 1.97 0.65
EES 10.57 0.77 2.12 0.88 0.29
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO
0 promedio 18.75 2.53 3.00 1.06 0.62
EES 13.26 1.79 2.12 0.47 0.28
4 promedio 14.90 2.17 3.67 2.81 0.55
EES 8.60 1.25 2.12 1.26 0.25
6 promedio 31.60 3.16 4.00 1.03 0.63
EES 31.60 3.16 4.00 0.51 0.31
CO
N E
FLU
ENTE
0 promedio 13.13 1.28 3.25 2.07 0.55
EES 6.56 0.64 1.63 0.93 0.25
4 promedio 21.20 4.07 6.00 2.23 1.01
EES 21.20 4.07 6.00 1.00 0.45
6 promedio 22.25 8.14 5.50 12.05 3.78
EES 11.13 4.07 2.75 6.03 1.89
CO
N
LOM
BR
ICO
MP
UES
TO +
EFL
UEN
TE
0 promedio 32.35 4.44 6.50 3.87 1.37
EES 22.87 3.14 4.60 1.94 0.69
4 promedio 25.10 6.25 5.00 4.92 1.59
EES 14.49 3.61 2.89 2.20 0.71
6 promedio 24.63 4.46 4.33 5.61 1.86
EES 14.22 2.57 2.50 2.51 0.83
P
TIPO TTO
0.1928 0.0656 0.0711 0.0003 <0.0001
NIVEL
0.7238 0.1398 0.6352 0.0033 0.0005
T X N 0.3000 0.0674 0.1391 0.0008 0.0004 EES: Error Estándar
4.2.5.1. Peso de hojas
Se presentó diferencia significativa (P<0.01) para la variable peso de hoja en el
tratamiento, nivel y en la interacción, siendo los tratamientos B6E y B6LC+E los que
obtuvieron mayor respuesta con 12.05 y 5.61 g respectivamente (Figura 35). En estudios
similares, Rodríguez et al. (2009) reportaron respuesta en la producción de biomasa aérea
en maíz producto de una sinergia entre el biocarbono y efluente de biodigestor, tal como
99
sucedió en este ensayo en donde a medida que se incrementaba el porcentaje de
biocarbono, la respuesta en producción foliar aumentó.
Desde el punto de vista zootécnico con miras a la alimentación animal la producción de
hojas se convierte en un factor muy importante a la hora de cuantificar la oferta forrajera
dentro de los sistemas de producción.
Figura 35. Respuesta en el peso de hojas (g) de las estacas de morera para los tratamientos
y niveles de biocarbono evaluados.
4.2.5.2. Peso de rama
Nuevamente para la variable peso de rama se presentó diferencia significativa (P<0.01)
en tratamiento, nivel y en la interacción logrando mayores respuestas los tratamientos B6E
y B6LC+E con 3.78 y 1.86 respectivamente, como se observa en la Figura 36. Esta
respuesta muestra la variación de producción de rama acorde a la sinergia existente entre el
biocarbono y el efluente de biodigestor que al igual que en la producción de hojas tiene una
tendencia a incrementarse al aumentar el porcentaje de inclusión de biocarbono.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 4 6
Pes
o d
e h
oja
s (
g)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON EFLUENTE LOMBRICOMPUESTO Y EFLUENTE
100
Figura 36. Respuesta en el peso de rama (g) de las estacas de morera para los tratamientos
y niveles de biocarbono evaluados.
Con el objetivo de definir con mayor precisión la respuesta en la variable peso de hojas
por su gran importancia desde el punto de vista zootécnico, se realizó una modelación
matemática que mediante el cálculos de las funciones que permitieran explicar la respuesta,
apoyada en la definición de la derivada (Figura 37).
Sin fertilización
Ecuación Cuadrática: y=a+bx+cx2
Dónde:
a = 0.7900
b = 0.7990
c = -0.1005
0
2
4
6
8
10
12
14
0 4 6
Pes
o d
e ra
ma
(g)
Porcentaje de Biocarbono
SIN FERTILIZANTE CON LOMBRICOMPUESTO
CON EFLUENTE LOMBRICOMPUESTO Y EFLUENTE
101
Con lombricompuesto
Ecuación Cuadrática: y=a+bx+cx2
Dónde:
a = 1.560000
b = 1.115833
c = -0.200833
Con efluente
Ecuación Cuadrática: y=a+bx+cx2
Dónde:
a = 2.072000
b = -3.202166
c = 0.810166
Con lombricompuesto + efluente
Ecuación Cuadrática: y=a+bx+cx2
Dónde:
a = 3.87000
b = 0.20733
c = 0.01366
Figura 37. Gráficos de la función que explica el comportamiento del peso de las hojas de
morera en los diferentes tratamientos.
La superficie de respuesta para el tratamiento SF hallada mediante modelación
matemática y su derivada se muestra en la Figura 38, donde la función que mejor ajuste dio
fue cuadrática cuya función es y=a+bx+cx2, r
2=1 y S=0.0 con una mejor respuesta en el
nivel 4.2 a 4.3% de biocarbono.
102
a)
b)
Figura 38. Superficie de respuesta para el tratamiento SF obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función.
En el tratamiento LC la superficie de respuesta y su correspondiente derivada (Figura
39) se ajustó mejor con la función cuadrática, y=a+bx+cx2, r
2=1 y S=0.0 con una mejor
respuesta en el nivel 2.9 a 3.0% de biocarbono.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 1 2 3 4 5 6 7
Pe
so d
e la
s h
oja
s (g
)
Biocarbono (%)
SIN FERTILIZACIÓN
4.2 -4.3
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
103
a)
b)
Figura 39. Superficie de respuesta para el tratamiento LC obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función.
Para el tratamiento E la función que mejor explicó los resultados fue cuadrática:
y=a+bx+cx2, r
2=1 y S=0.0 con una mejor respuesta en peso de hoja en el nivel 1.9 a 2.0%
de biocarbono (Figura 40).
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0 1 2 3 4 5 6 7
Pe
so d
e la
s h
oja
s (g
)
Biocarbono (%)
CON LOMBRICOMPUESTO
2,9 -3,0
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0 1 2 3 4 5 6 7
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
104
a)
b)
Figura 40. Superficie de respuesta para el tratamiento E obtenido a través de a) función
cuadrática y b) derivada de la función.
Finalmente, la superficie de respuesta hallada para el tratamiento LC+Q (Figura 41) se
obtuvo con la función cuadrática y=a+bx+cx2, r
2=1 y S=0.0 con un comportamiento
ascendente a medida que se incrementa el porcentaje de biocarbono.
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0 1 2 3 4 5 6 7
Pe
so d
e la
s h
oja
s (g
)
Biocarbono (%)
CON EFLUENTE
1,9 - 2,0
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
105
a)
b)
Figura 41. Superficie de respuesta para el tratamiento LC+E obtenido a través de a)
función cuadrática y b) derivada de la función.
4.2.6. Microbiología del suelo
En las pruebas de laboratorio realizadas (Figura 42) para valorar los cambios en la
microbiología del suelo en cuanto a mesófilos aerobios, mohos y levaduras se realizó una
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
0 1 2 3 4 5 6 7
Pe
so d
e la
s h
oja
s (g
)
Biocarbono (%)
CON LOMBRICOMPUESTO+ EFLUENTE
0,00
0,01
0,01
0,02
0,02
0,03
0,03
0,04
0,04
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
DERIVADA DE LA FUNCIÓN
106
conversión logarítmica de los datos y se trabajó con el programa estadístico SAS para
tratamiento y nivel de biocarbono.
Las respuestas encontradas (Tabla 25) muestran que no hubo diferencia significativa
(P>0,05) en la población de mesófilos aunque para el tratamiento B0LC los resultados
muestran un elevado contenido de estos microorganismos (Figura 43) situación generada
probablemente por las bacteria provenientes del lombricompuesto; por el contrario para
mohos y levaduras se encontraron diferencias significativas (P<0.05) para tratamientos
siendo el tratamiento B0LC el que tuvo mayor presencia.
a) b)
Figura 42.Pruebas de laboratorio para valoración de a) mesófilos y b) hongos y levaduras
en los diferentes tratamientos y niveles de biocarbono
107
Tabla 25. Valoración de mesófilos aerobios, mohos y levaduras en el ensayo con morera.
TRATAMIENTO NIVEL
BIOCARBONO
MESÓFILOS U.F.C/g
MOHOS – LEVADURAS
U.F.C/g
SIN FERTILIZANTE
0 3.29 X 108 1.62 X 108
4 3.95 X 108 6.88 X 107
6 1.27 X 108 4.33 X 107
CON LOMBRICOMPUESTO
0 1.68 X 1010 6.48 X 109
4 1.31 X 109 7.31 X 108
6 3.31 X 108 5.22 X 108
CON EFLUENTE
0 1.84 X 108 2.48 X 108
4 5.33 X 106 2.45 X 107
6 1.30 X 108 6.00 X 107
CON LOMBRICOMPUESTO + EFLUENTE
0 2.46 X 108 2.51 X 108
4 1.68 X 108 5.33 X 108
6 1.29 X 108 1.23 X 108
P TIPO TTO 0.0766 0.0258
NIVEL 0.4417 0.3813
Figura 43. Respuesta de las comunidades microbiológicas de acuerdo a tratamientos y
niveles de biocarbono en suelos sembrados con morera.
0,00E+00
2,00E+09
4,00E+09
6,00E+09
8,00E+09
1,00E+10
1,20E+10
1,40E+10
1,60E+10
1,80E+10
MORERA
Mesófilos U.F.C/g
M y L U.F.C/g
108
Por otra parte, el bajo crecimiento de microorganismos en los tratamientos donde se
adicionó biocarbono parece no coincidir con Lehmann et al. (2011) en donde reportan que
las poblaciones de hongos y bacterias reaccionan de manera diferente al pH; las bacterias
tienden a aumentar con el incremento de pH hasta valores alrededor de 7, mientras que los
hongos pueden no mostrar ningún cambio en la biomasa total o reducir drásticamente su
potencial de crecimiento a pH más alto (Rousk et al., 2009, citado por Lehmann et al.,
2011).
109
Conclusiones
Se logró estandarizar el proceso de obtención de biocarbono en finca mediante el uso de
una estufa de microgasificacion de corriente ascendente con miras a la producción de
forma homogénea de éste acondicionador de suelos asegurando calidad en el producto
final.
La conversión de cascarilla de arroz en biocarbono permitió el aprovechamiento de
materiales fibrosos dentro de sistemas de producción para la obtención de bioenergías
disminuyendo la posibilidad de contaminación por mala disposición del material generado
en la trilla del arroz.
Las variaciones del pH en el suelos tratado responde al efecto que tiene el biocarbono
como agente alcalinizante sumado al de los fertilizantes orgánicos que una vez
estabilizados poseen un pH neutro o cercano.
La aplicación de biocarbono a suelos ácidos produjo una mejor respuesta en el
crecimiento de plantas de maíz, desarrollando principalmente su parte subterránea,
representada en las raíces que puede ser una ventaja importante en el momento de asegurar
anclaje a la planta.
La respuesta del biocarbono y fertilizantes orgánicos en la morera se vio reflejada
básicamente por el desarrollo de la parte aérea de la planta que tiene una gran importancia
desde el punto de vista zootécnico para la alimentación animal.
Mediante modelación matemática se pudo establecer que la mejor respuesta referente a
la producción de follaje en las estacas de morera para el tratamiento SF fue al aplicar 4.2-
110
4.3% de biocarbono, para el tratamiento LC fue en el nivel 2.9-3.0% de biocarbono, para el
tratamiento E fue al suministrar 1.9-2.0% de biocarbono y en el tratamiento LC+E el
incremento se da directamente proporcional al nivel de inclusión de biocarbono.
La adición más conveniente de biocarbono a los suelos ácidos independiente de
tratamiento se dio entre el 4 y 6%, rango en el que la respuesta fue significativa para maíz y
morera.
Las enmiendas orgánicas utilizadas en este ensayo permitieron observan una mejora a
nivel visual de parámetros físicos del suelo relacionados con la producción de la planta,
específicamente en la retención de agua y densidad aparente.
El efluente de biodigestor como potente fertilizante nitrogenado solo y con
lombricompuesto permitió el mejor desarrollo de las plantas de morera gracias al aporte de
N que mostró un crecimiento superior en comparación con los demás tratamientos.
111
Recomendaciones
Se recomienda continuar con la evaluación del biocarbono como mejorador de las
condiciones fisicoquímicas y biológicas del suelo a más largo plazo, debido a que en el
estudio realizado solamente se incluyó un panorama de 30 días y en condiciones de vivero.
Por otra parte, se sugiere evaluar el efecto del biocarbono en las fases de
establecimiento y producción del cultivo de morera porque es muy probable que
evaluaciones a más largo plazo pudieran mostrar adicionales beneficios de este material.
Es importante, realizar evaluaciones más específicas de propiedades físicas del suelo
relacionadas con la producción de los cultivos en diferentes momentos del ensayo
(densidad aparente, resistencia mecánica, capacidad de retención de agua, entre otros).
La evaluación microbiológica llevada a cabo no permitió estimar la importancia
reportada en la literatura sobre el papel del biocarbono en la propagación de
microorganismos por lo tanto se sugiere realizar ensayos que permitan aislar
microorganismos más específicos y explique el comportamiento de las plantas tratadas con
biocarbono a diferentes niveles.
112
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