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Caracterización química y microbiológica de subproductos obtenidos en el vermicompostaje de pulpa de café y sus beneficios en cafetos jóvenes

11 de febrero de 2019Recursos

Compañía: International Coffee Farms
Autor: Valentina Pedrotti
Ubicación: Boquete, Chiriquí. Panamá
Fecha: 16 de enero de 2019

 

Introducción

La producción de café es una actividad compleja y altamente exigente que incluye no solo el procesamiento del café sino el manejo de todos los subproductos obtenidos en el beneficio. Una vez que la cereza de café ingresa al molino húmedo, se somete a una serie de procesos que retiran la pulpa y el mucílago de la semilla, para finalmente obtener el pergamino listo para ser secado al sol o secado a máquina. Tanto la pulpa de café como el mucílago representan más o menos 60% del peso húmedo total de la fruta. Significa que por cada 100 libras. de cerezas de café, hay 60 libras. de material orgánico que no se puede utilizar directamente en las granjas debido a las implicaciones ambientales.

Bajo este escenario, la industria cafetera ha estado buscando alternativas para manejar todos estos volúmenes de subproducto de manera rentable y beneficiosa. Tradicionalmente, la pulpa de café se ha utilizado como fertilizante, alimento para el ganado o incluso como fuente de biogás (ICO, 2005). Más recientemente, el vermicompostaje se ha implementado como una estrategia más para la gestión de subproductos. Se trata de una biotecnología que gestiona la cría intensiva de lombrices de tierra en lechos especializados con el objetivo de transformar el sustrato orgánico fresco en un material más adecuado para las plantas. Esta biooxidación promovida por microorganismos y lombrices de tierra produce humus y lixiviados como productos finales. Ambos se pueden utilizar en las granjas.

El objetivo de este estudio fue caracterizar el humus y lixiviados producidos en el sistema de vermicompostaje a partir de pulpa de café, en términos de componentes químicos y microbiológicos. Adicionalmente, se determinó el efecto de la aplicación foliar y edáfica de lixiviados en árboles de dos años, en términos de crecimiento plagiotrópico y ortotrópico.

 

Objetivos

  • Caracterizar la composición química y microbiológica de los dos principales subproductos obtenidos en el vermicompostaje de pulpa de café: humus y lixiviados.
  • Aplicación de lixiviados foliares y edáficos en cafetos jóvenes de Catuai cada 21 días durante 6 meses de la temporada de lluvias.
  • Evaluar el efecto sobre el crecimiento plagiotrópico y ortotrópico de las aplicaciones de lixiviados.

 

Metodología

Montaje experimental / Vermicompostaje

 

Métodos de recolección de pulpa de café

La pulpa de café para experimentación se obtuvo del ingenio de International Coffee Farms Corporation, ubicado en Boquete, Panamá, de diferentes fincas: Cuatro Caminos, Loma de los Cedros, La India, Horqueta 1, principalmente del varietal Catuai.

Montaje experimental / Vermicompostaje

El experimento se realizó en un tanque de ladrillos de 7,3 m de largo x 0,93 m de ancho x 0,70 m de profundidad con un espacio vacío en el fondo que permitía filtrar y recolectar el lixiviado producido por las lombrices. Se utilizó una capa de 10 cm de pulpa de café parcialmente compostada (de dos semanas) como fuente de alimento para los gusanos. En los lechos, alrededor de 2 kilogramos de gusano. Eisenia foetida fueron inoculados. La humedad se mantuvo rociando periódicamente agua. La malla perforada que cubre toda la estructura, permitió la circulación del aire. Cada dos semanas, los gusanos se alimentaron con pulpa parcialmente compostada.

Una vez que el lecho alcanzó su máxima capacidad, las lombrices se recolectaron mediante trampas con alimento fresco. El lixiviado se recogió cada 5 días y se almacenó en un tanque ubicado a la sombra y a temperatura ambiente (alrededor de 25 ° C).

Se tomaron tres muestras de humus en diferentes áreas del lecho para análisis químico y microbiológico. Y también se recogieron tres muestras de lixiviados en recipientes estériles. Todas las muestras se llevaron inmediatamente al laboratorio para su análisis químico y microbiológico.

1.Muestra de lixiviados y humus para laboratorio.

 

Área experimental.

El experimento se llevó a cabo en la finca cafetalera Loma de los Cedros, en Boquete, Distrito de Chiriquí, Panamá. Esta es una finca comercial de café a la sombra ubicada a 1,550 mals Dentro de la finca, 228 m2 del área experimental se delimitó, considerando un área de amortiguamiento para aislar el experimento con el resto de la finca.

La aplicación foliar y edáfica del lixiviado se inició en mayo, un mes antes del inicio de la temporada de lluvias hasta completar los 6 meses de aplicación. Se aplicaron seis tratamientos diferentes más un control (tabla 1). Para cada tratamiento se asignó una población de 10 árboles. Con una distancia de 1 metro por árbol y 3 metros entre tratamientos. La población experimental total fue de 60 árboles y 10 control.

Aplicación de lixiviados.

Se aplicaron alrededor de 200ml de lixiviado a diferentes concentraciones vía foliar y edáfica usando una bomba de aspersión cada 21 días.

4.Aplicación de lixiviados

El desarrollo ortotrópico y plagiotrópico se evaluó y controló contando el número de nuevas ramas que crecían desde el tallo principal y el número de nudos. En cada árbol se identificó el punto de partida, lo que permitió monitorear el desarrollo a lo largo de los seis meses en la misma parte del árbol. El diámetro del tallo y la altitud se midieron mensualmente.

Leac: lixiviados de vermicompostaje, Fert: Programa de fertilización regular manejado en International Coffee Farms: 2 aplicaciones de Nitro Ca e Hidrocomplex (1 oz / aplicación) más dos aplicaciones de Humiteck (100 cc / aplicación). Controlar: Plantas con solo el programa regular de fertilización administrado en International Coffee Farms.

Análisis estadístico.

Todos los datos químicos y microbiológicos son la media aritmética de 3 repeticiones. Los datos físicos medidos en cafetos son las medias aritméticas de 6 árboles y el análisis estadístico de este parámetro se realizó mediante un Análisis de Varianza Independiente.

 

Resultados

Potencial fitotoxicidad de la pulpa de café fresca.

La pulpa de café fresca tiene un impacto negativo en la tasa de germinación y desarrollo de una planta, que está estrechamente relacionado con la concentración de la misma en el sustrato final. Cuanto mayor sea la concentración de pulpa fresca en un sustrato, menor probabilidad de germinación tiene una planta. En los casos en que se utilizó como sustrato 100% de pulpa fresca, la tasa de germinación fue menor a 13%, alcanzando niveles de 0% de germinación (tabla 2).

Resultados obtenidos de las tres muestras de pulpa de café obtenidas en el sistema de vermicompostaje. Análisis realizado en el Centro de Investigación Agronómica CIA. Universidad de Costa Rica 21/03/18.

Resultados obtenidos de las tres muestras de pulpa de café obtenidas en el sistema de vermicompostaje. Análisis realizado en el Centro de Investigación Agronómica CIA. Universidad de Costa Rica 21/03/18.

El análisis del sistema de radícula muestra el mismo comportamiento que la prueba de germinación (consulte la tabla 3). La radícula no puede desarrollarse en un sustrato con alta concentración de pulpa fresca.

La pulpa de café fresca es un producto orgánico inestable, en términos de que continúa la descomposición después de ser aplicada al suelo. Debido a la alta demanda de oxígeno para llevar a cabo la descomposición aeróbica, puede conducir a la reducción de este elemento y muerte súbita de bacterias aeróbicas beneficiosas en el suelo. Además, su excesiva cantidad de taninos y fenoles puede provocar la inhibición del crecimiento radicular (Velmourougane & Kurian, 2011). Esta es una respuesta indirecta de la potencial fitotoxicidad de la pulpa fresca en el desarrollo de las plantas y la principal razón por la que colocar grandes cantidades de pulpa fresca en un área pequeña puede causar problemas a los árboles.

 

Caracterización química del lixiviado y humus

La composición química obtenida en el análisis químico de las muestras de humus y lixiviados muestra que ambos productos pueden utilizarse como fuente complementaria de nutrientes pero no como sustituto de fertilizantes. Como se muestra en la tabla 4, el aporte de micro y macronutrientes es bajo y no se puede comparar con un fertilizante regular.

Debido a que su contenido de nutrientes es muy bajo, se necesitarían grandes volúmenes de humus para hacer contribuciones significativas de nutrientes a los cultivos. A modo de ejemplo, si necesitamos aplicar 100 Kg / ha de Nitrógeno, tendremos que incorporar unos 6.400 kg / ha de humus. En términos de logística y disponibilidad de este producto, no es algo manejable en ninguna finca cafetera.

Sin embargo, los beneficios de implementar lixiviados y humus en una plantación de café son de otra naturaleza. Los resultados químicos muestran que el humus obtenido de la descomposición de la pulpa es una excelente fuente de materia orgánica para los suelos (%C 26.02). La incorporación de humus en las fincas, mejorará la concentración de materia orgánica en el suelo y, por tanto, mejorará el intercambio catiónico y la disponibilidad de micro y microelementos para los cafetos. El valor de pH de ambos es de alrededor de 9, lo que resulta beneficioso en suelos donde el pH es bajo. Esto es algo muy común de encontrar en países productores de café con altas temporadas de lluvias.

Es importante mencionar que tanto el humus como el lixiviado tienen altas concentraciones de Fe, especialmente el humus. Por tanto, la aplicación de ambos productos debe realizarse con precaución, y se recomienda realizar un análisis de suelo en la finca antes de la aplicación.

Otro beneficio de la implementación de dichos subproductos obtenidos del vermicompostaje de pulpa de café es la incorporación de micro fauna a los suelos que mejora la actividad microbiológica en la finca. El análisis microbiológico muestra que las muestras de humus y el lixiviado obtenido en el sistema de vermicompostaje, contienen importantes poblaciones de Actinomicetos, Hongos, Levaduras y Fijadores de Nitrógeno. Cada uno de estos grupos de organismos tiene una función beneficiosa. Además, no existen bacterias peligrosas como E. coli y Salmonella en cualquiera de las muestras evaluadas.

Los actinomicetos son bacterias aerobias gram-positivas responsables del olor a tierra de la tierra fresca, pero deben ser importantes, por su papel en el ciclo de moléculas orgánicas complejas como la celulosa. Esto mejora la disponibilidad de nutrientes para las plantas (Bhatti, Haq. Y Bhat, 2017). Lactobacillus es otro grupo interesante de bacterias que actúa como probiótico también en el suelo. Estas bacterias permiten la lenta liberación de nutrientes de la rizosfera para ser absorbidos por las plantas (Kang, 2016).

La población de levaduras del suelo generalmente se ve afectada negativamente por prácticas agrícolas comunes, como el control de enfermedades químicas. Mientras que los suelos sanos con materia orgánica suelen tener mayores rendimientos de colonia de levaduras (Botha, 2006).

Hoy en día, muchos agricultores buscan tomar medidas paliativas para mejorar la concentración de estos microorganismos en el suelo. Algunos estudios han demostrado que la adición de levadura de cerveza a cultivos convencionales como el tomate y la caña de azúcar puede mejorar el estado de N y P de las plantas alterando su crecimiento y biomasa. Significa que la levadura puede mejorar potencialmente el crecimiento de los cultivos y el suministro de nutrientes (Lonhienne, Mason, Ragan, Schmidt y Paungfoo-Lonhienne, 2014). La aplicación de humus y lixiviados puede ser otra opción para aumentar la levadura del suelo.

 

Efecto físico de la aplicación de lixiviados en árboles jóvenes de café Catuai

Los tratamientos se dividieron en dos categorías: aplicación de lixiviados más programa de fertilización regular y solo aplicación de lixiviados. Entre ellos, se utilizaron diferentes concentraciones.

Estos análisis son el resultado del valor promedio de 6 árboles, basado en una distribución normal y un análisis de varianza independiente. (a) no muestra diferencias estadísticas con el control. (b) muestra diferencias estadísticas con el control. La descripción de cada tratamiento se define en la tabla 1.

Según el análisis estadístico, el tratamiento 1:20 lixiviado más fertilización tiene un mejor resultado en comparación con el tratamiento control. En promedio, durante 6 meses de seguimiento, ha crecido un par de hojas más en comparación con el resto de tratamientos y el testigo. Representa un incremento significativo en la producción de frutos de café por árbol.

Se ha reconocido el mismo efecto sobre el crecimiento ortotrópico. En este caso, dos tratamientos muestran incrementos estadísticos respecto al control, estos son: lixiviado 1:20 más fertilización y 1:40 lixiviado más fertilización.

Estos análisis son el resultado del valor promedio de 6 árboles, basado en una distribución normal y un análisis de varianza independiente. (a) no muestra diferencias estadísticas con el control. (b) muestra diferencias estadísticas con el control. La descripción de cada tratamiento se define en la tabla 1.

Finalmente, el cambio de altitud de los cafetos durante 6 meses de aplicación con el tratamiento 1:20 lixiviado más fertilización es estadísticamente diferente al testigo. Nuevamente, esta concentración de lixiviados permite los mejores resultados en tres variables físicas que están relacionadas con los rendimientos de producción y la salud de la planta.

Estos análisis son el resultado del valor promedio de 6 árboles, basado en una distribución normal y un análisis de varianza independiente. (a) no muestra diferencias estadísticas con el control. (b) muestra diferencias estadísticas con el control. La descripción de cada tratamiento se define en la tabla 1.

Estos resultados son una segunda prueba de que no se recomienda utilizar el lixiviado por sí solo como sustituto de fertilizante. En términos generales, los mejores resultados aparecen cuando se combina ambos, y el tratamiento más eficaz en términos de volumen y resultado final es la concentración de lixiviados 1:20 más un tratamiento de fertilización. Esto para árboles jóvenes.

En todos los análisis físicos evaluados durante el experimento, la aplicación de solo lixiviados (independientemente de la concentración a la que se aplicó), no muestra diferencias estadísticas con la población control.

En este estudio pudimos identificar objetivamente las ventajas y limitaciones de la aplicación de subproductos procesados obtenidos del vermicompostaje de pulpa de café, como el lixiviado. El resultado muestra que el lixiviado puede ser un mejorador de los programas de fertilización en una granja y un mejorador del suelo en términos de agregar nueva microbiota en el suelo. Sin embargo, no se recomienda como sustituto de un fertilizante regular.

Hoy en día, existe un concepto o idea peligrosa donde todos los productos considerados naturales u orgánicos son saludables. Sin embargo, dependiendo de la concentración de un producto, cualquier cosa puede ser peligrosa o envenenada. Esto también sucede con el humus y los lixiviados. La elevada cantidad de Fe puede considerarse una de sus principales limitaciones, y la principal razón por la que un agricultor debe conocer de antemano su concentración de Fe en el suelo antes de aplicar este tipo de productos.

 

Importancia e interés para los miembros de la SCA.

Es necesario implementar acciones sustentables en cada etapa de la industria cafetera, si consideramos desarrollar este mercado por más tiempo. Sin embargo, es necesario impulsar acciones que demuestren ser mejores opciones que las convencionales. De lo contrario, podemos caer ingenuamente en una falsa sostenibilidad.

Los miembros de SCA, especialmente los productores, pueden utilizar esta información como referencia en el manejo de subproductos en sus fincas. Además, es bien sabido que la Regulación Medioambiental en cuanto a la gestión de subproductos es cada día más exigente en los países productores. Por lo tanto, este tipo de tecnologías se considerarán cada vez más no solo como una actividad adicional en la finca, sino como una actividad vital dentro del sistema de procesamiento del café. Opciones sustentables reales y probadas son lo que la industria del café está demandando para seguir este camino.


Referencias

Lonhienne, T., Mason, M., Ragan, M., Schmidt, S. y Paungfoo-Lonhienne, C. (2014). La levadura como biofertilizante altera el crecimiento y la morfología de las plantas. ciencia de cultivos, Vol 54.

Velmourougane, k. Y Kurian, R. (2011). Cambios químicos y microbiológicos durante el vermicompostaje de pulpa de café utilizando especies exóticas (Eudrilus eugeniae) y lombrices de tierra nativas (Perionyx ceylanesis). Biodegradacion, 22: 497–507.

Bhatti, A., Haq. , A. y Bhat, A. (2017). Papel beneficioso de los actinomicetos en la salud del suelo y las plantas. Patogenia microbiana, Vol. 111. Páginas 458-467.

ICO. (2005). Posibles usos alternativos de los residuos y subproductos del café. ICO, 1967/05.

Kang, A. (2016). Comprensión del papel de Lactobacillus en la práctica agrícola moderna. Investigaciones y reseñas: Revista de ecología y ciencias ambientales.

Cuatro Caminos Coffee Estates

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