Caracterización de sustratos orgánicos en la producción de Stevia rebaudiana Bertoni

Characterization of organic substrates in the production of Stevia rebaudiana Bertoni

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0 Internacional.

En los últimos años, y debido a la creciente demanda de productos ecológicos en el mercado, se originó un incremento considerable en la producción y la aplicación de abonos orgánicos. Al mismo tiempo también se aumentó la investigación acerca de los posibles efectos beneficiosos de estos sobre el crecimiento vegetal y los mecanismos responsables (Domínguez et al., 2010).

Desde el punto de vista microbiológico, se puntualizó que posee una gran riqueza de microorganismos, así como, un efecto supresor sobre algunos patógenos del suelo. Estudios microbiológicos realizados en vermicompost muestran la ausencia de patógenos humanos como Salmonella enterica y Escherichia coli (Duran y Henríquez, 2012).

Entre los microorganismos benéficos están aquellos que fijan nitrógeno atmosférico, descomponen desechos y residuos orgánicos, desintoxican el suelo de pesticidas, suprimen enfermedades de plantas y patógenos del suelo, incrementan el reciclaje de nutrientes y producen componentes bioactivos como vitaminas, hormonas y enzimas que estimulan el crecimiento de las plantas (Higa y Parr, 2013).

Si bien existen trabajos que estudian el efecto del agregado de vermicompost en diferentes proporciones, como se señaló anteriormente, no existen trabajos en los que se relacione la actividad microbiana del vermicompost y el desarrollo de un cultivo. Esta relación es fundamental para entender el efecto de las enmiendas en la producción agrícola.

El uso de plantas medicinales es una práctica tradicional en la población mundial, el cual se fomenta de generación en generación. Entre las especies con uso medicinal destaca el caso de la Stevia rebaudiana Bertoni por su alto poder edulcorante sin aportar calorías (Salgado, 2013).

Stevia rebaudiana es una planta selvática subtropical del alto Paraná, nativa del noroeste de la provincia de Misiones, en Paraguay, donde era utilizada por los nativos del lugar como edulcorante y curativa. En 1899, por primera vez el sabio Moisés Santiago Bertoni tuvo posesión de algunas plantas provistas por los indígenas del lugar, la cultivó y le dio su clasificación botánica en 1905 (Jarma et al., 2006).

La Stevia es una planta considerada medicinal, pues varios estudios demuestran que puede tener efectos beneficiosos sobre la diabetes tipo II, ya que posee glucósidos con propiedades edulcorantes sin calorías. El esteviósido y el rebaudiosido A, son los principales compuestos responsables de la edulcorancia y normalmente están acompañados por pequeñas cantidades de otros steviol glucósidos (Landazuri y Tigrero, 2009).

En este sentido, el objetivo del presente trabajo fue llevar a cabo la caracterización física, química y microbiológica de diferentes proporciones de vermicompost y arena sobre la comunidad microbiana, el tipo de microorganismos y el desarrollo del cultivo de Stevia rebaudiana Bertoni bajo condiciones de malla sombra.

La investigación se llevó a cabo durante el ciclo agrícola primavera-verano 2016, en malla sombra en el Instituto Tecnológico de Torreón (ITT) ubicado en el km 7.5 de la antigua carretera Torreón-San Pedro, Coahuila, México. Las coordenadas fueron 25°36’47.65” latitud norte y 103°22’23.66” longitud oeste, a 1,200 m de altura sobre el nivel del mar.

Las mezclas fueron realizadas con base en volumen (v:v); se utilizó como material inerte arena, la cual fue cribada a 2.38 mm y esterilizada con una solución de ácido sulfúrico al 1%. Se evaluaron cinco mezclas de vermicompost:arena y una de vermicompost:suelo, que generó los siguientes tratamientos: T1 = 15:85, T2 = 30:70, T3 = 45:55, T4 = 60:40, T5 = 75:35 y T6 = 15:85. La vermicompost fue obtenida en el lombricario del Instituto Tecnológico de Torreón (ITT) utilizando lombriz roja de California (Eisenia foetida).

El diseño experimental fue completamente al azar con seis tratamientos y seis repeticiones cada uno, dando como resultado treinta y seis unidades experimentales. Los análisis estadísticos de la identificación microbiológica se realizaron mediante un diseño factorial AxB, donde A es el tratamiento evaluado y B es el medio de cultivo utilizado, los análisis estadísticos restantes, análisis de varianza y prueba de separación de medias por prueba de Tukey (P≤ 0.05). Los datos se analizaron con el paquete estadístico SAS.

El material evaluado fue la planta de Stevia rebaudiana Bertoni variedad Morita 2, procedente de la ciudad de Cuernavaca, Morelos, México, y propagadas mediante esqueje en charola y trasplantada el 29 de junio de 2016. Los riegos se aplicaron diariamente en un rango de 100 a 300 mL de agua, a partir del índice de la Capacidad de Retención de Agua (CRA) de cada maceta.

Las variables evaluadas fueron para a) sustrato: porosidad total (%), densidad aparente(mg·m^-3), densidad de partícula(mg·m^-3), capacidad de retención de agua (%), porcentaje de aireación (%), pH, conductividad eléctrica (dS m^-1), contenido de fósforo (mg kg^-1) y de nitratos (mg kg^-1), así como el número de bacterias (UFC g sustrato^-1) y los grupos microbianos presentes en la rizosfera de la Stevia rebaudiana Bertoni (UFC gr sustrato^-1). En esta última variable se determinaron grupos microbianos como: Pseudomonas, bacterias fijadoras de nitrógeno, bacilos, actinomicetos y en la b) planta: tasa de crecimiento del cultivo (g m^-2 día^-1), tasa de asimilación neta (g m^-2 día^-1), área foliar específica (cm² g^-1), índice de área foliar (cm² g^-1).

Estos resultados contribuyen a ampliar el conocimiento de las propiedades físicas, químicas y de la microbiota que participan en las diferentes proporciones de vermicomost:arena, que se utilizan generalmente en la agricultura protegida, además de los efectos, favorables o no, que se pueden tener en la producción de Stevia.

La evaluación de las características químicas (cuadro 1) permitió evidenciar que de acuerdo a la norma mexicana NMX-FF-109-SCFI-2008 Humus de lombriz (lombricomposta) especificaciones y métodos de prueba, donde se establece un pH de 5.5 a 8.5, todos los tratamientos están dentro de lo determinado. En cuanto al parámetro de conductividad eléctrica que se establece en ≤ 4 dS m^-1, solo los tratamiento 1 (15:85) y tratamiento 6 (15:85) cumplen con los valores de CE establecidos. Los tratamientos restantes no cumplen con los valores señalados por la norma mexicana, al menos, en uno de sus parámetros.

De La Cruz-Lázaro et al. (2009), encontraron valores de 1.68 dSm^-1 en sustratos de compost y vermicompost para producción de tomate. Rippy et al. (2004), señalan que la CE óptima para un sustrato se encuentra en un rango de 2 a 3.5 dS m^-1 y un pH óptimo para la absorción de nutrientes de 5 - 7.

Por lo tanto, los presentes resultados muestran que el tratamiento 1 (15:85) y tratamiento 6 (15:85) son los que más se asemejan a los resultados óptimos de CE y pH esperados.

Los 6 tratamientos evaluados cumplen con estos requisitos de fertilización, ya que sus niveles de nitrógeno son considerados suficientes para satisfacer la demanda energética por la planta.

Con respecto a las propiedades físicas (cuadro 2), Raviv et al. (2005) señalan que el espacio poroso que facilita el drenaje requiere de un volumen alto de aireación; característica que favorece el libre drenaje, pero disminuye al mismo tiempo la capacidad de retención de agua, lo cual podría acarrear problemas de manejo de cultivo ya que éste requeriría riegos excesivamente frecuentes. Pire y Pereira (2003), reportan valores de porosidad total en sustratos de arena de 37.3 %. Con base en el resultado obtenido, el tratamiento 3 (45:55) con un valor de 31 % es el más cercano al valor adquirido por Pire y Pereira (2003).

Pire y Pereira (2003), mencionan también que el suelo posee sólo 2.2 % de porosidad de aireación y la arena fina 3.8 %. Hernández et al. (2008) reportaron que la vermicompost, según su granulometría fina y sin cernir, posee una porosidad de aireación de 1.24 % y de 2.07 % respectivamente. Por lo tanto, el tratamiento 1 (15:85) y el 2 (30:70) cumplen con estas especificaciones.

Respecto a la capacidad de retención de humedad, Pire y Pereira (2003) reportan para arena fina una retención de humedad de 32.6 %; Hernández et al. (2008) indicaron para vermicompost fina 52.46 % y sin cernir 50.99 %. En el cuadro 1 se puede observar que tanto los tratamiento 5 (75:25) y tratamiento 6 (15:85) son los más cercanos a los valores reportados por estos autores.

De acuerdo con la NMX-FF-109-SCFI-2008 Humus de lombriz (lombricomposta) especificaciones y métodos de prueba, que determina las características físicas y químicas recomendables para el vermicompost o humus de lombriz, la densidad aparente con la que se debe cumplir es de 0.40 a 0.90 g mL^-1.

La densidad aparente de materiales orgánicos evaluados por Pire y Pereira (2003), con arena fina presentó un valor medio de 1.458 mg m^-3; y la mayor densidad de partículas o densidad real en la arena tuvieron un valor medio de 2.327 mg m^-3. Hernández et al. (2008) reportaron para densidad aparente en vermicompost fina 0.57 mg m^-3 y sin cernir 0.54 mg m^-3 y para densidad de partícula reportó 1.23 mg m^-3 en fina y 1.16 mg m^-3 sin cernir. Con base en lo anterior, el tratamiento 6 (15:85) con un valor obtenido de 0.846 mg m^-3 es el más cercano a los valores obtenidos por Pire y Pereira (2003) y Hernández et al. (2008).

Con base en lo mencionado, el tratamiento 6 (15:85) es el que presenta mejores resultados estadísticamente, destacando en 4 de 5 propiedades físicas medidas.

En cuanto al número de bacterias (figura 1), se observó que el tratamiento tres desarrolló el mayor número de bacterias. Esto puede deberse a que la proporción que se manejó en este tratamiento, 55 arena + 45 vermicompost, generó las condiciones para el desarrollo bacteriano (pH, temperatura, humedad, etcétera).

En un estudio realizado por Duran y Henríquez (2012), donde se realizó una caracterización microbiológica de la vermicompost, el análisis estadístico de los datos microbiológicos tampoco mostró diferencias significativas entre los tratamientos para la cantidad de bacterias, sin embargo, sí se encontró diferencias significativas en las poblaciones.

Para la identificación de los grupos microbianos presentes en la rizosfera de la Stevia y de acuerdo con Arteaga et al. (2007), en el análisis microbiológico de la vermicompost de estiércol bovino, se reportaron para bacterias 3.44x109 UFC g^-1 y para actinomicetos 2.4x10 5 UFC g^-1, en este último grupo microbiano, las proporciones de vermicompost:arena que se analizaron en esta investigación tiene un mayor desarrollo de los mismos.

En un estudio similar realizado por Duran y Henríquez (2012), en vermicompost derivado de estiércol bovino, los grupos microbianos que se analizaron fueron, bacterias y actinomicetos, reportando 1.8 x107 UFC, 2.2x106 UFC, respectivamente. Por lo tanto, las UFC en bacterias y actinomicetos reportadas en esta investigación, son mayores. Esto puede estar relacionado a los porcentajes de materia orgánica que se manejaron en las diferentes proporciones de vermicompost:arena, ya que oscilan entre el 20 % y 40 %.

La gran abundancia microbiana de la vermicompost viene dada, principalmente, por el mismo proceso de elaboración, en donde los sustratos pasan a través del tracto digestivo de la lombriz, la cual posee una flora microbiana que alcanza unos 500 mil millones de microorganismos (Duran y Henríquez, 2012).

En la figura 3 se muestra que en el tratamiento 1 (15:85) se desarrollaron más actinomicetos y en el tratamiento 6 (15:85) pseudomonas y fijadoras de nitrógeno, esto podría atribuirse a la carga de materia orgánica con la que ya contaba este suelo y las condiciones de pH y CE que se desarrollaron en él para el desarrollo de las mismas.

Por otra parte, en los tratamientos 1 (15:85), 3 (45:55) y 5 (75:25), se puede observar cómo los grupos microbianos de bacterias en general y fijadoras de nitrógeno aumentan conforme va incrementando el porcentaje de vermicompost añadida, por el contrario de los actinomicetos, que conforme aumentaba el porcentaje de vermicompost, estos disminuían.

También se puede observar que las bacterias del grupo de las pseudomonadas empiezan con una concentración baja en el tratamiento 1 (15v:85a), y conforme se incrementan las proporciones de vermicompost:arena, aumenta su número, alcanzan su máximo en el tratamiento 3 (45v:55a), pero al seguir aumentando el porcentaje de vermicompost, estas disminuyen.

De igual forma, se puede observar que en el tratamiento 3 (45:55) existe un desarrollo equitativo de bacterias; esto puede atribuirse a que en el tratamiento 3 se generó el ambiente ideal, tanto físico como químico. En el cuadro 2, se puede observar que los resultados obtenidos de pH y CE, obtenidos en este tratamiento, propician el crecimiento adecuado de los microorganismos, así como en datos reportados en campo, este sustrato reportó temperaturas que oscilaban entre los 24 y 30 °C, lo cual genera un ambiente ideal para el desarrollo de microorganismos.

Por lo tanto, el tratamiento 3 (45:55) es el idóneo para el desarrollo de los microorganismos analizados en esta investigación.

La función de los actinomicetos está dirigida a la descomposición de residuos orgánicos, además de que intervienen activamente en la síntesis húmica y favorece la nutrición de las plantas (Ferrera-Cerrato y Alarcón, 2007). Por lo tanto los resultados obtenidos en esta investigación sugieren un mayor aprovechamiento de los nutrientes a una mayor concentración de actinomicetos.

La evaluación fisiológica de la Stevia señala una mayor respuesta en el tratamiento 3 (45:55) al permitir una mayor velocidad de sus procesos metabólicos; así como una mayor eficiencia fotosintética por el cultivo al presentar los valores altos de tasa de crecimiento del cultivo y tasa de asimilación neta y que, de acuerdo con Atiyeh et al. (2002), señalan que la mayor respuesta de crecimiento y de rendimiento de las plantas se presenta cuando la vermicompost constituye una proporción relativamente pequeña (10 - 40 %) del volumen total del medio de crecimiento de la planta dentro de los cuales estos materiales son incorporados.

En un estudio similar, realizado por Romero-Figueroa et al. (2017), analizaron la dinámica de crecimiento de Stevia cultivada en sustratos orgánicos y obtuvieron resultados donde a mayor proporción de vermicompost se observó un mayor efecto benéfico sobre el crecimiento y desarrollo de Stevia. Las plantas de Stevia crecieron mejor con las mayores concentraciones de vermicompost (75 y 100%), debido a la considerable disponibilidad nutrimental.

Por lo tanto, parece muy probable que la vermicompost estimula el crecimiento de la planta más allá del generado por los elementos nutritivos minerales, debido a los efectos de las sustancias húmicas presentes en las vermicompost o debido a los reguladores de crecimiento de la planta asociados con los ácidos húmicos (Atiyeh et al., 2002).

De acuerdo a los resultados obtenidos de la caracterización física, química y microbiológica de las diferentes proporciones de vermicompost:arena, se observó que conforme dichas proporciones aumentan, las propiedades físicas y químicas de los mismos, los grupos microbianos y las UFC que resulten de ellas, se verán modificados, afectando las variables agronómicas del cultivo de Steviarebaudiana Bertoni.

La proporción 45 % vermicompost + 55 % arena (tratamiento 3) destacó por tener un desarrollo equitativo de bacterias benéficas presentes en la rizosfera de Stevia rebaudiana Bertoni. Debido a sus propiedades físicas y químicas, hubo mayor supervivencia de grupos microbianos tales como pseudomonas, bacterias fijadoras de nitrógeno, bacilos, hongos, actinomicetos, aunque estos últimos se presentaron en mayor cantidad en los seis tratamientos.

Asimismo, esta proporción (45:55) mostró el resultados más alto para la variable tasa de crecimiento del cultivo en la producción de Stevia rebaudiana Bertoni, seguido del tratamiento 4 (60:40), que también puede ser útil para la producción de esta planta.