Introducción
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, el maíz (Zea mays) es el cereal más cultivado en el mundo. Este cereal tiene alto valor nutricional y en países con zonas altoandinas como Perú el cultivo de maíz tiene gran importancia económica y es considerado un cultivo de alta trascendencia y repercusión por el impacto socio económico que representa para el poblador (Lima-Medina et al., 2018). El maíz es empleado para la alimentación directa del poblador altoandino y de sus animales, así mismo, es procesado en alimentos balanceados destinados para el hombre o animales (García Mendoza, 2017). Como se puede observar el maíz es un recurso muy importante para los pobladores altoandinos, sin embargo, gran parte de agricultores nativos continúan empleando las técnicas de sus antepasados para el cultivo de maíz, en su mayoría sin fertilización química y sin riego (Correa-Galeote et al., 2016).
En el Perú desde el 2001 se observó un incremento interrumpible en la producción lechera, esto permitió que se ubique entre los diez países de mayor producción (Brousett-Minaya et al., 2015). El incremento de producción lechera acrecentó el sistema ganadero bovino en cada zona productiva al igual que la demanda de forraje y como consecuencia se elevó la generación de residuos orgánicos como el estilo bovino. El estiércol bovino es uno de los residuos orgánicos generados por el sector agrícola que provoca un impacto negativo en el medio ambiente cuando no es manejado adecuadamente. Mediante la fermentación del estiércol bovino es posible obtener un biofertilizante que puede ser empleado en los campos agrícolas y así lograr un equilibro ecosistémico (Barzallo-Bravo et al., 2019). Por otro lado, el lactosuero es un residuo de la industria láctea que se genera por el proceso de coagulación y filtrado de la leche en la obtención de queso, su eliminación sin recibir un tratamiento adecuado provoca diferentes impactos negativos en el medio ambiente (Khaire y Gogate, 2018).
Hoy en día la agricultura moderna busca reemplazar los fertilizantes químicos por biofertilizantes ya que su aplicación genera diferentes beneficios en las plantas como aumentar la resistencia a diferentes factores ambientales y mejorar el estado nutricional al incrementar la biodisponibilidad de nutrientes, además los biofertilizantes mejoran la calidad del suelo de cultivo debido a que están constituidos por componentes naturales generalmente por residuos orgánicos y microrganismos (Nunes da Silva et al., 2019; Petrovic, Kopta, y Pokluda, 2019).
Tradicionalmente la producción de biofertilizante se ha realizado empleando como sustrato estiércol de ganado bovino junto con otros compuestos orgánicos (Lorin et al., 2016; Montoro et al., 2019). Adicionar lactosuero como sustrato en la producción de biofertilizante incrementa sus propiedades beneficiosas ya que estimula al desarrollo de las plantas (Caballero et al., 2020). Es así que Mahmood et al. (2020) indica los efectos positivos en el cultivo de tomate tras aplicar un biofertilizante en base a lactosuero y estiércol de oveja.
Por otro lado, existe estudios que demuestran la vialidad económica de la producción de biofertilizante a partir de estiércol bovino (Montero et al., 2017). Sin embargo, existes escasos estudios que indiquen los impactos en indicadores de producción del cultivo de maíz empleado un biofertilizante a partir de estiércol y lactosuero. Es así que el objetivo de la presente investigación fue evaluar el efecto en la producción de cultivo de maíz tras la aplicación de diferentes tratamientos de un biofertilizante (BF) producido a partir de lactosuero y estiércol bovino.
Materiales y métodos
Descripción del sitio experimental
El experimento se realizó entre los meses de octubre de 2018 y febrero de 2019, en el campo de la asociación de CAL ASPAM, ubicado en la parcela 60 del Asentamiento B3 del Riego Majes (16 ° 20'51.87” S, 72 ° 6'53.39” W, con una altitud de 1276), en el distrito de Majes, provincia de Caylloma, en la región de Arequipa-Perú. En el transcurso de la investigación se registró una temperatura promedio máxima y mínima de 25,3 C y 13,4 ° C respectivamente, así como una humedad relativa promedio del aire de 59,4%, según el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología.
Características de zona agrícola
La zona agrícola presenta un suelo de tipo franco arenoso de textura moderadamente gruesa, deficiente en retención de humedad, buena capacidad de aireación y según el análisis físico-químico realizado en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Agua y Semillas INIA-Arequipa en 2018, el suelo presenta las siguientes características: pH 7.8, conductividad eléctrica (CE) 3,96 dS m-1, materia orgánica 3.02%, las concentraciones de Ca, Mg, Na, K y la capacidad de intercambio catiónico (CIC) fueron 79,2; 40, 0;48; 0,923 y 84,60 cmolc en 100g de suelo respectivamente y finalmente las concentraciones de arena, arcilla y limo fueron 74,0; 6.8 y 15,2% respectivamente.
Practicas agronómicas locales
El riego del cultivo se efectuó de acuerdo a las técnicas de los agricultores del área de estudio, este consistió en riego por goteo a través de cintas de riego espaciadas por 0.20cm y goteros con un caudal promedio de 1,5 L h-1 colocados a una distancia de 0,25 m. El riego se realizó diariamente y las profundidades del agua se determinaron en base a la evapotranspiración del cultivo, aplicando una profundidad total de 888,3 mm ha-1, el agua utilizada para el riego tuvo las siguientes características: pH 8,10; EC 7,82uScm-1; 0,25; 4,39; 2,36; 0,98; 2,90; 1,94 y <0,16 cmolc dm-3 de K+, Na+, Ca+2, Mg+2, Cl-1, SO4 y NO3 respectivamente.
La fertilización del cultivo consistió en la aplicación por hectárea de los siguientes fertilizantes: 355 kg de urea, 227 kg de nitrato de potasio, 100 kg de fosfato monoamónico, 100 kg de sulfato de magnesio, 62 kg de nitrato de calcio y 48 kg de ácido fosfórico, disuelto en agua a través del sistema de riego por goteo descrito anteriormente. R2
Aplicación de tratamiento y diseño experimental
Para la siembra se utilizó maíz híbrido Atlas 777 y los tratamientos experimentales se organizaron en un diseño de bloques completamente al azar, con tres replicas, conformado por cuatro tratamientos; los tres primeros con dosis de BF en concentraciones de 6, 9 y 12 LBF/ Lagua denominados T1, T2 y T3 y un cuarto tratamiento testigo sin dosis de BF denominado T4, cada parcela consistió en 10 m de largo y 8 m de ancho, compuesto por dieseis hileras espaciadas 0,75 m.
Treinta días después de la siembra del maíz se aplicaron semanalmente durante seis semanas los tratamientos experimentales con BF descritos anteriormente usando una bomba de aspersión agrícola. Finalmente 120 días después de la siembra, se suspendió el riego, iniciando el proceso de maduración y su posterior cosecha.
Producción de biofertilizante
El BF se obtuvo por fermentación anaerobia empleando un biodigestor anaerobio automatizado con una capacidad de 1000 L, como sustrato se empleó estiércol vacuno (357Kg), lactosuero (420 L), bacterias ácido lácticas (10 L) y sacarosa (240 Kg), el proceso de fermentación tuvo un periodo de 32 días (Da Silva et al., 2016; Véras et al., 2017), posteriormente el BF se analizó en el Laboratorio de control de Calidad de la Universidad Católica de Santa María obteniendo las siguientes características: pH=3,68; EC=11,12 dSm-1, densidad=1,13 mg L-1, N = 0,09%, P= 75,85 mg L-1, K= 1323,0 mg L-1, Ca =698,5 mg L-1 y Mg=222,3 mg L-1.
Determinación de indicadores morfológicos, post cosecha y económicos
Se evaluaron los siguientes indicadores morfológicos en la etapa de crecimiento: altura de la planta (cm), número de hojas (Dineshkumar et al., 2019) y calibre basal del tallo (cm); los tres indicadores fueron evaluados semanalmente tomando diez muestras para cada medida hasta llegar a la etapa de floración fenológica (nueve semanas), momento en el que la planta deja de crecer.
En cuanto a los indicadores de post cosecha, se determinó el diámetro de la mazorca (cm), el número de mazorcas y el rendimiento de cultivo (kg ha-1).
Por último, se evaluó la eficiencia económica de los tratamientos mediante indicadores económicos tales como: ingreso bruto, ingreso neto y tasa de retorno marginal. El ingreso bruto de la cosecha de maíz se calculó de acuerdo al precio promedio pagado al productor (S/. 300,0 por 103 kg) para la comercialización a los distribuidores. Los ingresos netos se determinaron restando el costo total de producción a los ingresos brutos estimados. La tasa de rendimiento marginal, expresado en porcentaje, se determinó por la relación entre el ingreso neto y el costo de producción. El costo de producción por hectárea de maíz bajo las condiciones de riego de Majes fue de S/. 12807,37, este costo se determinó sumando los costos de mano de obra, operaciones mecánicas, operaciones, sistema de riego y suministros.
Determinación de clorofila
El contenido de clorofila (mg cm-2) se determinó empleando un medidor de digital atLEAF CHL PLUS tomando cinco muestras por triplicado en la primera, cuarta y séptima semana después de aplicar el BF.
Análisis estadístico
Los datos fueron sometidos a un análisis de varianza (ANOVA) para determinar el efecto de los tratamientos sobre la respuesta de las variables, posteriormente se realizó la prueba de Tukey (p <0,05), para comparar las medias de los tratamientos, además los efectos cuantitativos (tratamientos con dosis de BF) se analizaron mediante regresión. El análisis de los datos se realizó utilizando el software estadístico SPSS 23 (González-Díaz et al., 2019).
Resultados
Efecto de BF en indicadores morfológicos
La Tabla 1 muestra los resultados del análisis de varianza con respecto a los indicadores morfológicos (IM) y los tratamientos con BF. Se obtuvo un p <0,05; demostrando que existe un efecto significativo en los IM del maíz luego de aplicar los diferentes tratamientos con BF. El T3 presenta valores más altos en todos los IM y el T4, tratamiento control, presenta valores menores en comparación con los otros tratamientos.
Indicadores Morfológicos | |||
Tratamientos | Altura de planta (cm) | Número de hojas | Calibre basal (cm) |
T1 | 171,21 ± 3,60 | 11,33± 0,27 | 2,76±0,08 |
T2 | 173,81± 5,00 | 11,47± 0,31 | 2,92±0,09 |
T3 | 185,86± 4,84 | 12,13± 0,27 | 3,07±0,06 |
T4 | 157,07± 5,30 | 11,03± 0,32 | 2,50±0,09 |
Valor p | <0,001 | <0,001 | <0,001 |
Nota: T1, T2 y T3 son tratamiento con dosis de BF en concentraciones de 6, 9 y 12 LBF/ Lagua, respectivamente y tratamiento testigo sin dosis de BF denominado T4.
La Figura 1 muestra el comportamiento de los IM durante nueve semanas luego de aplicar los tratamientos con BF en el cultivo de maíz. El número de hojas, altura de planta y calibre basal aumentaron linealmente a partir de la cuarta, tercera y cuarta semana, respectivamente, dicho incremento indica que existe una interacción significativa entre los IM y los tratamientos con BF (Figura A).
Efecto de BF en indicadores postcosecha
La Tabla 2 muestra los resultados del análisis de varianza con respecto a los indicadores postcosecha (IP) y los tratamientos con BF. Se obtuvo un p <0,05; demostrando que existe un efecto significativo en los IP del maíz luego de aplicar los diferentes tratamientos con BF. El T3 presenta mayor rendimiento de producción y el T4 presenta valores menores en todos los IP en comparación con los demás tratamientos.
Indicadores Postcosecha | |||
Tratamiento | Diámetro de mazorca (cm) | Número de mazorca | Rendimiento (103kg ha-1) |
T1 | 14.39 ± 0.85 | 1.70 | 72.95 ± 5.04 |
T2 | 14.50 ± 0.74 | 2.10 | 75.62 ± 10.2 |
T3 | 13.46 ± 1.11 | 2.53 | 79.29 ± 7.33 |
T4 | 13.23 ± 0.94 | 1.47 | 65.01 ± 3.86 |
Valor p | 0.0016 | <0.001 | <0.001 |
Nota: T1, T2 y T3 son tratamiento con dosis de BF en concentraciones de 6, 9 y 12 LBF/ Lagua, respectivamente y tratamiento testigo sin dosis de BF denominado T4
La interacción entre el rendimiento de producción (Figura 2C) y los tratamientos con BF fue significativa, ya que se presenta un incremento lineal. Dicho comportamiento también se observó en el número de mazorca (Figura 2B), en cambio el diámetro de la mazorca no presentó un incremento linealmente (Figura 2A).
Efecto de BF en el contenido de clorofila
La Tabla 3 muestra los resultados del análisis de varianza con respecto al contenido de clorofila y los tratamientos con BF. Se obtuvo un p <0,05 demostrando que existe un efecto significativo en el contenido de clorofila luego de aplicar los diferentes tratamientos con BF Así mismo, la regresión mostró un incremento lineal de clorofila en función a los tratamientos con BF en la cuarta y séptima semana (Figura 3).
Contenido de clorofila (mg cm-2) | |||
Tratamiento | Semana 1 | Semana 4 | Semana 7 |
T1 | 0,0345 ± 0,0038 | 0,0377 ± 0,0037 | 0,0470 ± 0,0033 |
T2 | 0,0315 ± 0,0023 | 0,0391 ± 0,0036 | 0,0445 ± 0,0034 |
T3 | 0,0333 ± 0,0029 | 0,0429 ± 0,0030 | 0,0496 ± 0,0028 |
T4 | 0,0331 ± 0,0041 | 0,0349 ± 0,0019 | 0,0405 ± 0,0035 |
Valor p | 0,3637 | <0,001 | <0,001 |
Efecto de BF en indicadores económicos
La Tabla 4 muestra los resultados del análisis de varianza con respecto a los indicadores económicos (IE) y los tratamientos con BF., dichos IE incrementaron acorde al aumento de la concentración del BF El T3 presenta una mayor tasa de retorno marginal en comparación con los demás tratamientos, por otro lado, el T4 presenta el valor más bajo.
Indicadores económicos | ||||
---|---|---|---|---|
Tratamiento | Rendimiento | Ingreso bruto | Ingreso Neto | Tasa de retorno marginal % |
103kg ha-1 | S/. ha-1 | |||
T1 | 72,95 | 21885 | 9077,63 | 70,88 |
T2 | 75,62 | 22686 | 9878,63 | 77,13 |
T3 | 79,29 | 23787 | 10979,63 | 85,73 |
T4 | 65,01 | 19503 | 6695,63 | 52,28 |
Indicadores se obtuvieron sobre la base del precio medio de la venta de maíz en febrero de 2019.
Discusión
Efecto de BF en indicadores morfológicos
Los resultados obtenidos son consistentes con el estudio realizado por Dineshkumar et al. (2019), en el cual emplea un biofertilizante a base de estiércol vacuno y microalgas marinas para el cultivo de maíz, observaron que la aplicación del biofertilizante incrementa el rendimiento de crecimiento del cultivo. De igual forma en el trabajo realizado por Asadu et al. (2018), reporta un incremento en los indicadores morfológicos (altura de planta y número de hojas) en el cultivo de maíz luego de aplicar un biofertilizante obtenido a partir de residuos agrícolas en diferente dosis. En otra investigación realizada por Quintero Rodriguez et al. (2018) emplean diferentes biofertilizantes basados en microorganismos eficientes para el cultivo de frejol y reportan el incremento de los indicadores morfológicos (altura de la planta, diámetro del tallo, número de hojas por planta).
Efecto de BF en el contenido de clorofila
Los resultados son consistentes con los obtenidos por Dineshkumar et al. (2019), quienes reportan niveles altos de clorofila a y b en cultivo de maíz tras el tratamiento con biofertilizantes formulados a partir de estiércol de vaca, Chlorella vulgaris y Spirulina platensis. De igual forma los resultados obtenidos por Hoseini et al. (2015), reportan el incremento de clorofila en Stevia rebaudiana Bertoni tras aplicar un biofertilizante basado en estiércol de vaca, vermicompost y dos micorrizas. Por otro lado, los resultados reportados por Mahanty et al. (2017) indican que un biofertilizante puede incrementar la activad fotosintética de plantas al aumentar el contenido de clorofila en las hojas de plantas. El efecto en el contenido de clorofila puede deberse a que el BF incrementa la cantidad de N disponible para la planta (Chiconato et al., 2014) y de acuerdo a Chemutai et al. (2019) el N es un nutriente relacionado con la formación de pigmentos fotosintéticos como la clorofila.
Efecto de BF en indicadores postcosecha
Los resultados de rendimiento obtenidos son consistentes con los reportados por Tejada et al. (2016) quienes informan un incremento del 17% por la aplicación de un biofertilizante del cultivo de maíz. Además, Islas-Valdez et al. (2017) reporta un efecto significativo en el rendimiento del cultivo cebada al aplicar un biofertilizante obtenido por residuos orgánicos agrícolas. Del mismo, De Matos Nascimento et al. (2020) indica que la aplicación de un biofertilizante tiene una influencia positiva en el rendimiento del cultivo de maíz.
El efecto significativo del BF en los IM e IP de maíz puede ser debido a que el BF es un compuesto orgánico que se degrada gradualmente liberando en el suelo compuestos como nitrógeno (N), fosforo (P) y potasio (K), que son esenciales para un adecuado estado nutricional de las plantas (Moe et al., 2019). El N es compuesto que influye en el crecimiento del sistema reticular de las plantas y como resultado la planta incrementa su capacidad de absorber otros elementos nutritivos (Baiea et al., 2017). Los resultados están acordes con el estudio realizado por Jaliya et al. (2008), reportan que suministrar NPK en el cultivo de maíz produce un incremento significativo en el rendimiento de producción específicamente en los siguientes indicadores: número de mazorca ha-1, peso de grano/planta y rendimiento de grano ha-1. Además, Adebayo et al. (2017) reportan que el estiércol de origen animal contiene NPK y estos influyen de forma significativa al desarrollo de las plantas.
De forma general, un biofertilizante es de naturaleza orgánica y contiene microorganismos que interactúan con la raíz de las plantas o en la rizosfera (M. Singh et al., 2016). Los microrganismos presentes en los biofertilizantes ayudan a las plantas a acceder a la disponibilidad de nutrientes en la región rizosférica, normalmente las cepas microbianas intervienen en la fijación de nitrógeno, solubilización de fosfato, etc. (Adekiya et al., 2016; Umesha et al., 2017). Los resultados en el presente estudio están en conformidad con los hallazgos de Obid et al. (2016) quienes informan que aplicar un biofertilizante con microorganismos tiene un efecto significativo en el rendimiento del cultivo de maíz. Además, Panchal et al (2018) reportan que aplicar un biofertilizante incrementa el rendimiento del cultivo de maíz, además ocasiona el incremento en longitud, circunferencia, número y peso de mazorca de maíz, asimismo el biofertilizante incrementó la población de microrganismos en torno al cultivo maíz.
Efecto de BF en indicadores económicos
Es claro que el BF mejora significativamente los IE, de esta forma podemos afirmar que aplicar el BF en el cultivo de maíz es viable económicamente, ya que incrementa los ingresos netos y la tasa de retorno marginas. Los resultados obtenidos están de acuerdo el trabajo realizado por Monem et al. (2001) y Singh et al. (2017) quienes reporta la influencia positiva en IE por la aplicación de biofertilizantes en el cultivo de maíz y lenteja respectivamente. Mishra et al. (2018) informaron resultados similares en el incremento de ingresos netos por aplicar un biofertilizante en el cultivo crisantemo.
Por otro lado, la producción anaeróbica del BF a partir residuos agropecuarios (estiércol bovino) y efluentes de industria láctea (suero láctico), tiene un gran potencial para promover una agricultura sostenible en nuestro país, puesto que además de dar un valor agregados a estos residuos también es posible generar energía eléctrica sostenible y aplicarla en el mismo proceso o en otros requerimientos agrícolas (Milech et al., 2015).
Conclusiones
La aplicación del biofertilizante obtenido a partir de estiércol bovino y suero láctico muestra un efecto positivo en la productividad de maíz, es decir en los iniciadores morfológicos, postcosecha, económicos y contenido de clorofila.
El tercer tratamiento, biofertilizante en concentración de 12 LBF/ Lagua, muestra valores más altos en todos los indicadores estudiados en comparación a los demás tratamientos. Por tanto, aplicar el biofertilizante en el cultivo de maíz es viable económicamente.