Caractérisation chimique et microbiologique des sous-produits obtenus lors du lombricompostage de la pulpe de café et ses bienfaits sur les jeunes caféiers

11 Fév 2019Ressources

Entreprise : International Coffee Farms
Auteur : Valentina Pedrotti
Lieu : Boquete, Chiriquí. Panama
Date : 16 janvier 2019

 

introduction

La production de café est une activité complexe et très exigeante comprenant non seulement la transformation du café mais aussi la gestion de tous les sous-produits obtenus dans le moulin. Une fois que la cerise de café entre dans le moulin humide, elle subit une série de processus qui éliminent la pulpe et le mucilage de la graine, pour finalement obtenir la parche prête à être séchée au soleil ou séchée à la machine. La pulpe de café et le mucilage représentent tous deux plus ou moins 60% du poids humide total du fruit. Cela signifie que pour chaque 100 livres. de cerises de café, il y a 60 livres. de matières organiques qui ne peuvent pas être utilisées directement sur les exploitations en raison des implications environnementales.

Dans ce scénario, l'industrie du café a recherché des alternatives pour gérer tous ces volumes de sous-produits de manière rentable et bénéfique. Traditionnellement, la pulpe de café a été utilisée comme engrais, aliment pour le bétail ou même comme source de biogaz (ICO, 2005). Plus récemment, le lombricompostage a été mis en place comme une autre stratégie de gestion des sous-produits. Il s'agit d'une biotechnologie qui gère l'élevage intensif de vers de terre dans des lits spécialisés visant à transformer le substrat organique frais en un matériau plus adapté aux plantes. Cette bio-oxydation favorisée par les micro-organismes et les vers de terre produit de l'humus et du lixiviat comme produits finaux. Les deux peuvent être utilisés dans les fermes.

Le but de cette étude était de caractériser l'humus et le lixiviat produits dans le système de lombricompostage à partir de la pulpe de café, en termes de composants chimiques et microbiologiques. De plus, l'effet de l'application foliaire et édaphique de lixiviat sur des arbres de deux ans a été déterminé, en termes de croissance plagiotrope et orthotrope.

 

Objectifs

  • Caractériser la composition chimique et microbiologique des deux principaux sous-produits obtenus lors du lombricompostage de la pulpe de café : l'humus et le lixiviat.
  • Application du lixiviat foliaire et édaphique sur les jeunes caféiers Catuai tous les 21 jours pendant 6 mois de la saison des pluies.
  • Évaluer l'effet sur la croissance plagiotrope et orthotrope des applications de lixiviat.

 

Méthodologie

Dispositif expérimental/Vermicompostage

 

Méthodes de collecte de la pulpe de café

La pulpe de café pour l'expérimentation a été obtenue du moulin d'International Coffee Farms Corporation, situé à Boquete, Panama, de différentes fermes : Cuatro Caminos, Loma de los Cedros, La India, Horqueta 1, principalement de la variété Catuai.

Dispositif expérimental/ Vermicompostage

L'expérience a été réalisée dans un réservoir en brique mesurant 7,3 m de long x 0,93 m de large x 0,70 m de profondeur avec un espace vide au fond permettant au lixiviat produit par les vers de percoler et d'être collecté. Une couche de 10 cm de pulpe de café partiellement compostée (à partir de deux semaines) a été utilisée comme source de nourriture pour les vers. Dans les lits, environ 2 kilogrammes de vers Eisenia foetida ont été inoculés. L'humidité a été maintenue par aspersion périodique d'eau. La maille perforée qui recouvre toute la structure, a permis la circulation de l'air. Toutes les deux semaines, les vers étaient nourris avec de la pulpe partiellement compostée.

Une fois que le lit a atteint sa capacité maximale, les vers ont été récoltés à l'aide de pièges avec de la nourriture fraîche. Le lixiviat est collecté tous les 5 jours et stocké dans une cuve située à l'ombre et à température ambiante (environ 25°C).

Trois échantillons d'humus dans différentes zones du lit ont été prélevés pour analyse chimique et microbiologique. Et trois échantillons de lixiviat ont également été collectés dans des conteneurs stériles. Tous les échantillons ont été apportés immédiatement au laboratoire pour analyse chimique et microbiologique.

1. Échantillon de lixiviat et d'humus pour le laboratoire.

 

Zone expérimentale.

L'expérience a eu lieu dans la ferme de café Loma de los Cedros, à Boquete, dans le district de Chiriqui, au Panama. Il s'agit d'une ferme de café commerciale ombragée située à 1 550 mals Au sein de la ferme, 228 m2 de zone expérimentale a été délimitée, en considérant une zone tampon pour isoler l'expérience avec le reste de la ferme.

L'application foliaire et édaphique du lixiviat a commencé en mai, un mois avant le début de la saison des pluies jusqu'à 6 mois complets d'application. Six traitements différents ont été appliqués plus un témoin (tableau 1). Pour chaque traitement, une population de 10 arbres a été assignée. Avec une distance de 1 mètre par arbre et 3 mètres entre les traitements. La population expérimentale totale était de 60 arbres et 10 témoins.

Application de lixiviat.

Environ 200 ml de lixiviat à différentes concentrations ont été appliqués par voie foliaire et édaphique à l'aide d'une pompe de pulvérisation tous les 21 jours.

4.Application de lixiviat

Le développement orthotrope et plagiotrope a été évalué et suivi en comptant le nombre de nouvelles branches poussant à partir de la tige principale et le nombre de nœuds. Le point de départ a été identifié dans chaque arbre, permettant de suivre le développement tout au long des six mois sur une même partie de l'arbre. Le diamètre de la tige ainsi que l'altitude ont été mesurés mensuellement.

Leac : lixiviat de lombricompostage, Fert: Programme de fertilisation régulier géré à International Coffee Farms : 2 applications de Nitro Ca et Hidrocomplex (1 oz/ application) plus deux applications d'Humitec (100 cc/ application). Contrôler: Plantes avec seulement le programme de fertilisation régulier géré à International Coffee Farms.

Analyses statistiques.

Toutes les données chimiques et microbiologiques sont les moyennes arithmétiques de 3 répétitions. Les données physiques mesurées sur les caféiers sont les moyennes arithmétiques de 6 arbres et l'analyse statistique de ce paramètre a été réalisée à travers une Analyse de Variance Indépendante.

 

Résultats

Phytotoxicité potentielle de la pulpe fraîche de café.

La pulpe de café fraîche a un impact négatif sur le taux de germination et le développement d'une plante, qui est étroitement lié à sa concentration dans le substrat final. Plus la concentration de pulpe fraîche dans un substrat est élevée, moins la probabilité de germination d'une plante est grande. Dans les cas où 100% de pulpe fraîche a été utilisé comme substrat, le taux de germination était inférieur à 13%, atteignant des niveaux de 0% de germination (tableau 2).

Résultats obtenus à partir des trois échantillons de pulpe de café obtenus dans le système de lombricompostage. Analyse effectuée au Centro de Investigación Agronómica CIA. Université du Costa Rica 21/03/18.

Résultats obtenus à partir des trois échantillons de pulpe de café obtenus dans le système de lombricompostage. Analyse effectuée au Centro de Investigación Agronómica CIA. Université du Costa Rica 21/03/18.

L'analyse du système radiculaire montre le même comportement que le test de germination (se référer au tableau 3). La radicule ne peut pas se développer dans un substrat à forte concentration de pulpe fraîche.

La pulpe de café fraîche est un produit organique instable, en ce sens qu'elle continue la décomposition après avoir été appliquée sur le sol. En raison de la forte demande en oxygène pour effectuer la décomposition aérobie, cela peut entraîner la réduction de cet élément et la mort soudaine de bactéries aérobies bénéfiques dans le sol. De plus, sa quantité excessive de tanins et de phénols peut provoquer l'inhibition de la croissance des racines (Velmourougane & Kurian, 2011). Il s'agit d'une réponse indirecte à la phytotoxicité potentielle de la pulpe fraîche sur le développement des plantes et la raison principale pour laquelle placer de grandes quantités de pulpe fraîche dans une petite zone peut causer des problèmes aux arbres.

 

Caractérisation chimique du lixiviat et de l'humus

La composition chimique obtenue lors de l'analyse chimique de l'humus et des échantillons de lixiviat montre que les deux produits peuvent être utilisés comme source complémentaire de nutriments mais pas comme substitut d'engrais. Comme le montre le tableau 4, l'apport de micro et macronutriments est faible et ne peut être comparé à un engrais classique.

Parce que leur teneur en éléments nutritifs est très faible, de grands volumes d'humus seraient nécessaires pour apporter des contributions significatives d'éléments nutritifs aux cultures. Par exemple, si nous devons appliquer 100 kg/ha d'azote, nous devrons incorporer environ 6 400 kg/ha d'humus. En termes de logistique et de disponibilité de ce produit, ce n'est pas quelque chose de gérable dans n'importe quelle ferme de café.

Cependant, les avantages de la mise en œuvre de lixiviat et d'humus dans une plantation de café sont d'une autre nature. Les résultats chimiques montrent que l'humus issu de la décomposition de la pulpe est une excellente source de matière organique pour les sols (%C 26.02). L'incorporation d'humus dans les exploitations améliorera la concentration de la matière organique dans le sol et, par conséquent, améliorera l'échange cationique et la disponibilité des micro et microéléments pour les caféiers. Le pH des deux est d'environ 9, ce qui est bénéfique dans les sols où le pH est bas. C'est quelque chose de très courant dans les pays producteurs de café avec de fortes saisons des pluies.

Il est important de mentionner que l'humus et le lixiviat ont tous deux de fortes concentrations de Fe, en particulier l'humus. Par conséquent, l'application des deux produits doit être effectuée avec prudence et il est recommandé de faire une analyse du sol à la ferme avant l'application.

L'autre avantage de la mise en œuvre de tels sous-produits obtenus à partir du lombricompostage de la pulpe de café est l'incorporation de la microfaune dans les sols qui améliore l'activité microbiologique à la ferme. L'analyse microbiologique montre que les échantillons d'humus et de lixiviat obtenus dans le système de lombricompostage contiennent d'importantes populations d'Actinomycètes, de Champignons, de Levures et de Fixateurs d'Azote. Chacun de ces groupes d'organismes a une fonction bénéfique. De plus, il n'y a pas de bactéries dangereuses telles que E. coli et Salmonella dans l'un des échantillons évalués.

Les actinomycètes sont des bactéries aérobies à Gram positif responsables de l'odeur terreuse du sol frais, mais doivent être importantes pour leur rôle dans le cycle de molécules organiques complexes telles que la cellulose. Cela améliore la disponibilité des nutriments pour les plantes (Bhatti, Haq. , & Bhat, 2017). Lactobacille est un autre groupe intéressant de bactéries qui fonctionne comme un probiotique également sur le sol. Ces bactéries permettent la libération lente des nutriments de la rhizosphère pour être absorbés par les plantes (Kang, 2016).

La population de levures du sol est généralement affectée négativement par les pratiques agricoles courantes telles que le contrôle chimique des maladies. Alors que les sols sains avec de la matière organique ont généralement des rendements plus élevés de colonie de levure (Botha, 2006).

Aujourd'hui, de nombreux agriculteurs cherchent à prendre des mesures palliatives pour améliorer la concentration de ces micro-organismes dans le sol. Certaines études ont montré que l'ajout de levure de bière à des cultures conventionnelles telles que la tomate et la canne à sucre peut améliorer le statut N et P des plantes en modifiant leur croissance et leur biomasse. Cela signifie que la levure peut potentiellement améliorer la croissance des cultures et l'apport de nutriments (Lonhienne, Mason, Ragan, Schmidt, & Paungfoo-Lonhienne, 2014). L'application d'humus et de lixiviat peut être une autre option pour augmenter la levure du sol.

 

Effet physique de l'application du lixiviat sur les jeunes caféiers Catuai

Les traitements ont été séparés en deux catégories : application de lixiviat plus programme de fertilisation régulier et application de lixiviat uniquement. Parmi eux, différentes concentrations ont été utilisées.

Ces analyses sont le résultat de la valeur moyenne de 6 arbres, basée sur une distribution normale et une analyse indépendante de la variance. (a) ne montre aucune différence statistique avec le contrôle. (b) montre des différences statistiques avec le contrôle. La description de chaque traitement est définie dans le tableau 1.

Selon l'analyse statistique, le traitement 1:20 lixiviat plus fertilisation a un meilleur résultat par rapport au traitement témoin. En moyenne, pendant 6 mois de suivi, une paire de feuilles de plus a poussé par rapport au reste des traitements et au témoin. Cela représente une augmentation significative de la production de fruits de café par arbre.

Le même effet a été reconnu sur la croissance orthotrope. Dans ce cas, deux traitements montrent des incréments statistiques par rapport au témoin, ce sont : 1:20 lixiviat plus fertilisation et 1:40 lixiviat plus fertilisation.

Ces analyses sont le résultat de la valeur moyenne de 6 arbres, basée sur une distribution normale et une analyse indépendante de la variance. (a) ne montre aucune différence statistique avec le contrôle. (b) montre des différences statistiques avec le contrôle. La description de chaque traitement est définie dans le tableau 1.

Enfin, le changement d'altitude des caféiers pendant 6 mois d'application avec le traitement 1:20 lixiviat plus fertilisation est statistiquement différent du témoin. Encore une fois, cette concentration de lixiviat permet les meilleurs résultats dans trois variables physiques qui sont liées aux rendements de production et à la santé des plantes.

Ces analyses sont le résultat de la valeur moyenne de 6 arbres, basée sur une distribution normale et une analyse indépendante de la variance. (a) ne montre aucune différence statistique avec le contrôle. (b) montre des différences statistiques avec le contrôle. La description de chaque traitement est définie dans le tableau 1.

Ces résultats sont une deuxième preuve que le lixiviat en lui-même n'est pas recommandé comme substitut d'engrais. De manière générale, les meilleurs résultats apparaissent lorsqu'il y a une combinaison des deux, et le traitement le plus efficace en termes de volume et de résultat final est la concentration de lixiviat 1:20 plus un traitement de fertilisation. Ceci pour les jeunes arbres.

Dans toutes les analyses physiques évaluées au cours de l'expérience, l'application du lixiviat seul (quelle que soit la concentration à laquelle il a été appliqué), ne montre aucune différence statistique avec la population témoin.

Dans cette étude, nous avons objectivement pu identifier les avantages et les limites de l'application de sous-produits transformés obtenus à partir du lombricompostage de la pulpe de café, tels que le lixiviat. Le résultat montre que le lixiviat peut être un améliorateur des programmes de fertilisation sur une ferme et un amendement du sol en termes d'ajout de nouveau microbiote sur le sol. Cependant, il n'est pas recommandé de remplacer un engrais ordinaire.

De nos jours, il existe un concept ou une idée dangereuse selon laquelle tous les produits considérés comme naturels et/ou biologiques sont sains. Cependant, selon la concentration d'un produit, tout peut être dangereux ou empoisonnant. Cela se produit également avec l'humus et le lixiviat. La quantité élevée de Fe peut être considérée comme l'une de leurs principales limites et la principale raison pour laquelle un agriculteur doit connaître à l'avance sa concentration en Fe dans le sol avant d'appliquer ces types de produits.

 

Importance et intérêt pour les membres du SCA.

Des actions durables doivent être mises en place à chaque étape de la filière café, si l'on envisage de développer ce marché sur une plus longue période. Cependant, il est nécessaire de promouvoir des actions qui s'avèrent être de meilleures options que les actions conventionnelles. Sinon, on peut tomber naïvement dans une fausse durabilité.

Les membres de SCA, en particulier les producteurs, peuvent utiliser ces informations comme référence dans la gestion des sous-produits de leurs exploitations. Par ailleurs, il est bien connu que la réglementation environnementale en matière de gestion des sous-produits est chaque jour plus exigeante dans les pays producteurs. Par conséquent, ces types de technologies seront de plus en plus considérés non seulement comme une activité supplémentaire à la ferme, mais comme une activité vitale au sein du système de transformation du café. De véritables options durables éprouvées sont ce que l'industrie du café exige pour suivre cette voie.


Les références

Lonhienne, T., Mason, M., Ragan, M., Schmidt, S. et Paungfoo-Lonhienne, C. (2014). La levure en tant que biofertilisant modifie la croissance et la morphologie des plantes. la science des cultures, Vol 54.

Velmourougane, k., & Kurian, R. (2011). Changements chimiques et microbiologiques lors du vermicompostage de la pulpe de café à l'aide d'espèces exotiques (Eudrilus eugeniae) et indigènes de vers de terre (Perionyx ceylanesis). Biodégradation, 22:497–507.

Bhatti, A., Haq. , A., & Bhat, A. (2017). Rôle bénéfique des actinomycètes dans la santé des sols et des plantes. Pathogenèse microbienne, Volume 111. Pages 458-467.

OIC. (2005). Possibilités d'utilisation alternative des résidus et des sous-produits du café. OIC, 1967/05.

En ligneKang, A. (2016). Comprendre le rôle de Lactobacillus dans les pratiques agricoles modernes. Recherche et revues : Journal of Ecology and Environmental Sciences.

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