En este texto abordaremos los resultados obtenidos en el trabajo realizado en colaboración con la Universidad Federal de Lavras (UFLA), escrito por Lima et al. (2023), donde se evaluaron aspectos agronómicos y ambientales luego del uso de fertilizantes compuestos por la matriz orgánica AZOGEL® de ILSA Brasil.

INTRODUCCIÓN

            Promover la seguridad alimentaria y mantener estándares de producción sostenibles son los principales desafíos que enfrenta la agricultura global, que son objetivos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (https://sdgs.un.org/goals). A nivel global, la expansión de la agricultura se da en un escenario de aumento de la demanda de fertilizantes y agotamiento de los recursos naturales, lo que requiere fuentes alternativas y económicamente viables de nutrientes, acciones que sostengan la economía circular (Velenturf et al., 2019). El uso de subproductos industriales en la agricultura aparece como una estrategia para reducir la disposición de residuos en el ambiente, además de proporcionar una fuente alternativa de nutrientes para las plantas y posiblemente reducir costos con la aplicación de fertilizantes minerales (Lima et al., 2010; Coelho et al., 2015).

            La reutilización de residuos derivados del cuero es una cuestión apremiante dentro de la economía circular y representa un paso importante hacia la sostenibilidad de la industria del curtido (Chojnacka et al., 2021). Los residuos de cuero crudo o cuero tratado pueden contener hasta 10,5% de proteína por peso seco, la cual puede hidrolizarse para obtener colágeno como materia prima para la producción de fertilizantes orgánicos o mejoradores de suelos (Nogueira et al., 2011; Oliveira-Longatti et Majee et al., 2021). La matriz orgánica de los fertilizantes que contienen el subproducto del proceso de curtido intermedio (BPIPT) derivado de la transformación del colágeno de cueros y pieles es homogénea.

            BPIPT puede tener altos contenidos de N (hasta 140 g kg^-1 N por peso seco) y en combinación con otros nutrientes se pueden utilizar para producir fertilizantes inteligentes (Majee et al., 2021; Stefan et al., 2021). Estos productos pueden complementar o reemplazar la aplicación de fertilizantes minerales de N (p. ej., urea), aumentar la eficiencia en el uso de nutrientes (NUE) (Nogueira et al., 2011; Ciavatta et al., 2012), aumentar la mineralización de N y la actividad microbiana (Oliveira- Longatti et al., 2017) y conducir a un aumento de la biomasa y el rendimiento de los cultivos (Lima et al., 2010; Coelho et al., 2015; Majee et al., 2021).

            Dada la importancia del uso de fertilizantes elaborados con subproductos del proceso de curtido intermedio, el trabajo tuvo como objetivo:

• Evaluar las propiedades químicas y biológicas del suelo luego de la aplicación de fertilizantes organominerales formulados con la matriz AZOGEL ®;
• Evaluar los impactos de dichos productos en el crecimiento y la nutrición del trigo.

  Nota: Es importante resaltar que este ensayo se realizó con fines regulatorios y los resultados aquí presentados fueron adaptado del original con el fin de resaltar el efecto de la matriz orgánica AZOGEL ® sobre los parámetros mencionados anteriormente.

MATERIALES Y MÉTODOS

            Se recolectaron muestras de suelo en la capa 0-0,2 m de un área nativa (vegetación nativa de Cerrado) ubicada en la región de Campo das Vertentes, Minas Gerais, Brasil. Según el Sistema Brasileño de Clasificación de Suelos (Santos et al., 2018), los suelos fueron clasificados como Oxisol Rojo-Amarillo distrófico típico (LVAd) y Oxisol Rojo distrófico típico (LVd), correspondiente al Oxisol en la Taxonomía de Suelos del USDA (Soil Survey Equipo, 2014). Las propiedades físicas y químicas se determinaron en tierra fina secada al aire (ADFE; < 2 mm) (Tabla 1).

            Las muestras de suelo fueron secadas, trituradas y pasadas a través de un tubo tamiz de 4 mm. Luego, las muestras fueron homogeneizadas y almacenadas en bolsas plásticas. Se utilizó una mezcla de carbonatos de calcio (Ca) y magnesio (Mg) en una proporción molar de 3:1 (Ca:Mg) para aumentar el pH del suelo y aumentar la saturación de bases para 60%, de acuerdo con análisis de suelo previos (Álvarez y Ribeiro, 1999). El suelo se incubó a temperatura ambiente durante 60 días manteniendo la humedad del suelo a capacidad de campo. Las muestras de suelo se homogeneizaron una vez por semana durante el período de incubación. Al final de los 60 días, los valores promedio de pH para LVAd y LVd fueron 6,15 ± 0,08 y 6,23 ± 0,06, respectivamente.

Tabla 1 - Caracterización química y física del típico Latosol rojo-amarillo (LVAd) distrófico y del Latosol rojo distrófico típico (LVd) utilizados en los experimentos.

Los experimentos se realizaron en dos pasos secuenciales:

1) incubación de fertilizantes en muestras de suelo durante 30 días; y

2) cultivo de trigo (Triticum aestivum L.) después de incubar los fertilizantes durante 30 días.

Se realizaron dos experimentos, uno en cada suelo (LVAd y LVd), con el mismo diseño completamente al azar, con cinco tratamientos y cinco repeticiones. Los tratamientos consistieron en la composición de dos tipos de fertilizantes organominerales (FOM), los cuales contenían fertilizantes minerales a base de nitrógeno (N), fósforo y potasio (fertilizante NPK), con y sin adición de S.

La matriz orgánica del fertilizante organomineral (FOM) fue BPIPT (subproducto del proceso de curtido intermedio). Los tratamientos se identificaron como OM-IPT (FOM basado en BPIPT), OM IPT+S (FOM basado en BPIPT más Azufre (S)). La Tabla 2 describe la composición y el contenido de nutrientes de cada FOM.

Todos los fertilizantes fueron secados en estufa (40°C) y triturados en un molino de bolas antes de su caracterización y aplicación al suelo. Luego se pasaron por un tamiz de 1 mm para estandarizar el tamaño de las partículas de fertilizante y se cuartearon en un muestreador de acero inoxidable. Las FOM fueron caracterizadas de acuerdo con el Manual de Métodos Oficiales de Análisis de Fertilizantes y Correctivos (Brasil, Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento – MAPA, 2017).

TABLA 2 – Descripción de los tratamientos utilizados en el experimento.

La aplicación de macronutrientes (N, P, K y S) se basó en la recomendación de fertilizante propuesta por Malavolta (1980), con modificaciones para cumplir con los objetivos de este estudio, es decir, no se agregaron micronutrientes, que ya estaban incluidos en la fuente FOM, y las dosis de S variaron con los tratamientos. Las fuentes de fertilizantes inorgánicos (fuentes comerciales) utilizadas para suministrar N, P y K fueron, respectivamente, urea, fosfato monoamónico (MAP) y cloruro de potasio (KCl). No se aplicaron micronutrientes.

Incubación de FOM en suelos (1ª etapa)

La primera etapa del experimento fue la incubación de FMO en el suelo durante un período de 30 días. El objetivo de esta etapa fue evaluar la interacción entre la FOM y los suelos, evaluando los niveles de nutrientes disponibles luego de la incubación y el efecto sobre la microbiota del suelo.

• a Incubación FOM: elementos disponibles en los suelos
• La disponibilidad de Cr, Cu, Pb, Zn, P y K después de la incubación de FOM en suelos se determinó mediante el método Mehlich-1 (Mehlich, 1953).
• Incubación de FOM: atributos microbiológicos en suelos.

El carbono de la biomasa microbiana (MBC, µg C g-1) se determinó utilizando la metodología de (Islam y Weil, 1998). La actividad metabólica de la microbiota del suelo a nivel comunitario se midió mediante la respiración basal (SBR, µg CO2 g-1 72 h-1) (Alef, 1995).

las actividades de b-glucosidasa (μg r-nitrofenol g-1 h-1) (EC 3.2.1.21) (Eivazi y Tabatabai, 1988) y enzimas arilsulfatasa (μg r-nitrofenol g-1 h-1) (EC 3.1.6.1) (Tabatabai y Bremner , 1970) se midieron mediante la diferencia de densidad óptica utilizando un espectrofotómetro (modelo B582 de micronal ®). La actividad enzimática total del suelo (FDA) se estimó mediante la hidrólisis del diacetato de fluoresceína (FDA, mg de fluoresceína g-1 24 h-1) (Dick, 2011).

Incubación de FOM y cultivo de trigo (2da etapa)

La segunda etapa del experimento fue evaluar el crecimiento de las plantas en el suelo después de la incubación de FOM. Diez semillas de trigo (Triticum aestivum L. cultivar TBIO Aton) se sembraron en macetas con 800 g de suelo después de la incubación con FOM. Se realizaron riegos diarios para mantener la humedad del suelo a capacidad de campo. Después de siete días, las plántulas se redujeron a sólo siete plantas por maceta. El experimento se realizó durante 30 días en un invernadero, con temperatura y humedad controladas. El material vegetal se secó en estufa (60°C) hasta peso constante (después de ± 72 h), y se pesó y registró la masa seca de raíces y brotes.

• Incubación de FOM y cultivo de trigo: ADF (actividad enzimática total del suelo) y actividad b-glucosidasa del suelo.

La actividad de la enzima b-glucosidasa (EC 3.2.1.21) (Eivazi y Tabatabai, 1988) y la estimación de la actividad enzimática total del suelo se obtuvieron mediante la hidrólisis del diacetato de fluoresceína (FDA) (Dick, 2011).

• Incubación de FOM y cultivo de trigo: pH del suelo.

El pH en H₂O y CaCl₂ se midió utilizando una relación suelo:solución de 1:2,5 (v/v) (pH medidor TEC-11 de Tecnal) en muestras de suelo después de la incubación de FOM y el cultivo de trigo durante 30 días.

• Incubación de FOM y cultivo de trigo: composición elemental total de los suelos.

La composición elemental total de las muestras de suelo al final de los dos experimentos (incubación y eficiencia agronómica) se obtuvo mediante espectrometría de fluorescencia de rayos X portátil (pXRF) siguiendo las recomendaciones descritas por Weindorf y Chakraborty (2020) y el método USEPA 6200 ( USEPA, 2007).

El análisis estadístico se realizó en el lenguaje de programación R (R Development Core Team, 2020), versión 4.0.3. Se evaluó la normalidad y homocedasticidad de los datos. Se utilizó análisis de varianza (p ÿ 0,05) para verificar la significancia de los tratamientos. Luego, los tratamientos se compararon mediante la prueba Tukey HSD con el paquete emmeans v1.4 (Length, 2020). El análisis de componentes principales (PCA) se realizó utilizando el paquete Vegan v2.5-7 (Oksanen et al., 2016) para demostrar la importancia de las variables para explicar el contenido de nutrientes y el aumento de biomasa de las plantas de trigo.

RESULTADOS

1ra etapa

Los contenidos de P y K aumentaron en ambos suelos después de la aplicación de FOM (Figura 1). Se pudo constatar que esta mayor disponibilidad de elementos –nutrientes– fue beneficiosa para el desarrollo del trigo y la actividad biológica del suelo. Los fertilizantes basados en subproductos de la curtiduría han demostrado muchos beneficios para los atributos del suelo y la producción de plantas. Tienen niveles elevados de C y N en su composición (Ciavatta et al., 2012; Majee et al., 2021) y liberación gradual de N (Lima et al., 2010), lo que optimiza el uso de fertilizantes nitrogenados por parte de los cultivos. Esta mayor eficiencia en el uso de N puede resultar en mayores rendimientos (Castilhos et al., 2002; Coelho et al., 2015) y menor acidez del suelo (Ferreira et al., 2003; Teixeira et al., 2006). Así, el uso de BPIPT para la producción de FOM favorece una economía circular (Chojnacka et al., 2021), al incorporar el subproducto a un sector productivo diferente, es decir, desde la industria del curtido hasta la agricultura.

Figura 1 – Contenidos de P y K extraídos por Mehlich-1 en Latosol Rojo-Amarillo (LVAd) distrófico típico y Latosol Rojo (LVd) distrófico típico después de la incubación de FOM que contiene la matriz AZOGEL ® (media ± SE, n = 5).

El carbono de la biomasa microbiana (CBM) aumentó con la adición de FOM, lo que refleja una mayor actividad biológica del suelo (Figura 2). Con la adición de OMF, se pudo observar que hubo aumentos en la disponibilidad de recursos, carbono y nutrientes para la microbiota, lo que favoreció el aumento del CBM y de las actividades microbianas, incluso en un corto período experimental. Este efecto probablemente se debió a la mayor disponibilidad de nutrientes y energía para la comunidad microbiana en este suelo. Los subproductos de la curtiduría son ricos en proteínas y lípidos, que representan una fuente prometedora de nutrientes, ya que pueden estimular las actividades de descomposición y mineralización de la comunidad heterótrofa del suelo, proporcionando nutrientes para plantas y microorganismos (Majee et al., 2021). Lo que hace de la reutilización de estos residuos una actividad ecológicamente correcta es que además de difundir el concepto de economía circular en la industria (Velenturf et al., 2019), también es fuente de fertilizantes multielementos para plantas y microorganismos.

Figura 2 – Carbono de biomasa microbiana (MBC) en un Latosol rojo-amarillo distrófico típico (LVAd – A, B y C) y un Latosol rojo distrófico típico (LVd – D, E y F) después de la incubación con FOM que contiene la matriz AZOGEL ® ( media ± SE, n = 5).

El análisis de la FDA reflejó mejor los efectos de la aplicación de FOM en ambos tipos de suelo, mientras que la enzima β – glicosidasa y arilsulfatasa mostraron comportamientos variables (Figura 3). La aplicación de FOM condujo a mayores rendimientos de trigo y a un aumento de las actividades enzimáticas en el suelo. Sin embargo, la actividad de la enzima arilsulfatasa disminuyó luego de la aplicación de FOM en el LVd (Figura 3), lo que puede estar relacionado con una mayor disponibilidad de S luego de la aplicación de los productos. Esta enzima actúa en algunas etapas de la mineralización del S orgánico y pueden ocurrir reducciones en la actividad de la arilsulfatasa si el S inorgánico está presente en estos fertilizantes. Oliveira Longatti et al. (2017) también observaron aumentos en la biomasa microbiana y las actividades de las enzimas b-glucosidasa y ureasa después de la aplicación de subproductos de la curtiduría en dos suelos tropicales.

Figura 3 – Actividad enzimática general del suelo (hidrólisis del diacetato de fluoresceína – FDA), arilsulfatasa y b-glucosidasa en un Latosol rojo-amarillo (LVAd) distrófico típico y un Latosol rojo (LVd) distrófico típico después de la incubación con diferentes fertilizantes organominerales que contienen AZOGEL matriz orgánica (media ± SE, n = 5).

2da etapa

Después de la siembra del trigo, los tratamientos con FOM que tienen como materia prima colágeno (ILSA) mostraron mayor actividad enzimática total y mayor actividad de la enzima b-glucosidasa. Se evaluaron las actividades de b-glucosidasa y FDA antes y después del cultivo de trigo (Figura 4). Estas enzimas fueron muy sensibles en la evaluación de la actividad microbiológica del suelo en la fase de incubación y en el desarrollo de las plantas después de la aplicación de FOM. Ambos suelos mostraron una tendencia hacia un aumento de las actividades de b-glucosidasa y FDA después de la aplicación de FOM y mayores rendimientos de trigo.

Figura 4 – Actividad enzimática general del suelo (hidrólisis del diacetato de fluoresceína – FDA) y b-glucosidasa en suelos distróficos típicos de Latosol Rojo-Amarillo (LVAd) y típicos de Latosol Rojo distrófico (LVd) después del cultivo de trigo con fertilizantes organominerales que contienen la matriz orgánica AZOGEL ® (media ± EE, n = 5).

Después de la siembra del trigo, los tratamientos con FOM mostraron mayor peso de brotes (SDM) y raíces (RDM) (Figura 6).

Figura 5 – Contenidos de masa seca de brotes (SDM), MSD y masa seca de raíces (RDM) de trigo en Latosol rojo-amarillo (LVAd) distrófico típico y Latosol rojo (LVd) distrófico típico después del cultivo de trigo con fertilizantes organominerales que contienen AZOGEL ® orgánico matriz (media ± SE, n = 5).

El incremento nutricional de macronutrientes y micronutrientes en los dos tipos de suelo utilizados se puede observar en las figuras 6 y 7. En el trigo cultivado en LVAd, los contenidos de P y K en SDM aumentaron significativamente en todos los tratamientos en comparación con el control. Sin embargo, no se observaron diferencias entre los tratamientos con FOM. Los contenidos de Ca y Mg no difirieron del control. El contenido de S en SDM fue el más alto para OM-ITP+S (3 g kg^-1) y el más bajo para el control (1,8 g kg^-1).

En general, la aplicación de FOM en LVAd aumentó el contenido de micronutrientes. En concreto, el Mn tuvo un contenido medio de 36 mg kg^-1 en el control, y un contenido promedio de 225 mg kg^-1 para tratamientos de FOM en LVAd. En general, el contenido de micronutrientes en SDM aumentó después de la adición de FOM. Sin embargo, probablemente debido al efecto amortiguador del mayor contenido de arcilla de este suelo, los aumentos en los contenidos de Mn y Zn fueron menos pronunciados en comparación con el LVAd.

Figura 6: Contenido de macronutrientes y micronutrientes en el Latosol rojo-amarillo (LVAd) distrófico típico.

Figura 7 – Contenido de macronutrientes y micronutrientes en el Oxisol rojo (LVd) distrófico típico.

CONCLUSIONES

La aplicación de fertilizantes organominerales (FOM) en los suelos del presente estudio aumentó el crecimiento, el contenido de macro (P, K, Ca, Mg y S) y micronutrientes (Cu, Fe, Mn, B, Zn) en las plantas de trigo.

Esta tendencia fue más evidente en el Latosol rojo-amarillo distrófico (LVAd), que tenía niveles más bajos de arcilla y óxidos de Fe que el Latosol rojo distrófico (LVd) y, por lo tanto, puede responder mejor a los cambios en las prácticas de manejo. Después del cultivo de trigo, la presencia de S en la FOM provocó la acidificación del suelo.

Además, la aplicación de fertilizantes organominerales (FOM) aumenta el carbono de la biomasa microbiana (MBC) con un aumento en la adición de FOM, lo que refleja una mayor actividad biológica en el suelo. Con la adición de FOM se pudo observar que hubo aumentos en la disponibilidad de recursos, carbono y nutrientes para la microbiota, lo que favoreció un aumento del CBM y de las actividades microbianas.

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Autores

• Ing. Agr. Dra. Angélica Schmitz Heinzen
• Ing. Agr. Maestría en Ciencias. Carolina Custodio Pinto
• Ing. Agr. Maestría en Ciencias. Thiago Stella de Freitas