Caratterizzazione chimica e microbiologica dei sottoprodotti ottenuti nel vermicomposting della polpa di caffè e dei suoi benefici sulle giovani piante di caffè

11 febbraio 2019risorse

Azienda: International Coffee Farms
Autore: Valentina Pedrotti
Località: Boquete, Chiriquí. Panama
Data: 16 gennaio 2019

introduzione

La produzione del caffè è un'attività complessa e molto impegnativa che comprende non solo la lavorazione del caffè ma la gestione di tutti i sottoprodotti ottenuti in molino. Una volta che la ciliegia del caffè entra nel mulino ad umido, subisce una serie di lavorazioni che tolgono la polpa e le mucillagini dal seme, per ottenere infine la pergamena pronta per essere essiccata al sole o in macchina. Sia la polpa del caffè che le mucillagini rappresentano più o meno 60% del peso umido totale del frutto. Significa che per ogni 100 libbre. di ciliegie di caffè, ci sono 60 libbre. di materiale organico che non può essere utilizzato direttamente negli allevamenti per motivi ambientali.

In questo scenario, l'industria del caffè ha cercato alternative per gestire tutti questi volumi di sottoprodotti in modo redditizio e vantaggioso. Tradizionalmente, la polpa di caffè è stata utilizzata come fertilizzante, mangime per il bestiame o anche come fonte di biogas (ICO, 2005). Più recentemente, il vermicomposting è stato implementato come un'altra strategia per gestire i sottoprodotti. Si tratta di una biotecnologia che gestisce l'allevamento intensivo di lombrichi in aiuole specializzate con l'obiettivo di trasformare il substrato organico fresco in un materiale più adatto alle piante. Questa bioossidazione promossa da microrganismi e lombrichi produce humus e percolato come prodotti finali. Entrambi possono essere utilizzati nelle fattorie.

Lo scopo di questo studio era di caratterizzare l'humus e il percolato prodotti nel sistema di vermicomposting dalla polpa di caffè, in termini di componenti chimiche e microbiologiche. Inoltre, è stato determinato l'effetto dell'applicazione fogliare ed edafica del percolato in alberi di due anni, in termini di crescita plagiotropica e ortotropa.

Obiettivi

Caratterizzare la composizione chimica e microbiologica dei due principali sottoprodotti ottenuti nel vermicomposting della polpa di caffè: Humus e percolato.
Applicazione di percolato fogliare ed edafico su giovani piante di caffè Catuai ogni 21 giorni durante i 6 mesi della stagione delle piogge.
Valutare l'effetto sulla crescita plagiotropica e ortotropa delle applicazioni di percolato.

Metodologia

Configurazione sperimentale/Vermicomposting

Metodi di raccolta della polpa di caffè

La polpa di caffè per la sperimentazione è stata ottenuta dal mulino della International Coffee Farms Corporation, con sede a Boquete, Panama, da diverse aziende agricole: Cuatro Caminos, Loma de los Cedros, La India, Horqueta 1, principalmente dal vitigno Catuai.

Configurazione sperimentale/ Vermicomposting

L'esperimento è stato condotto in una vasca in muratura di 7,3 m di lunghezza x 0,93 m di larghezza x 0,70 m di profondità con uno spazio vuoto sul fondo che permetteva la percolazione e la raccolta del percolato prodotto dai lombrichi. Uno strato di 10 cm di polpa di caffè parzialmente compostata (di due settimane) è stato utilizzato come fonte di cibo per i vermi. Nei letti, circa 2 chilogrammi di verme Eisenia foetida sono stati inoculati. L'umidità è stata mantenuta da periodiche aspersioni d'acqua. La rete traforata che ricopre l'intera struttura, permetteva la circolazione dell'aria. Ogni due settimane, i vermi venivano nutriti con polpa parzialmente compostata.

Una volta che il letto ha raggiunto la sua capacità massima, i vermi sono stati raccolti utilizzando trappole con cibo fresco. Il percolato è stato raccolto ogni 5 giorni e conservato in una vasca posta all'ombra ea temperatura ambiente (circa 25°C).

Sono stati prelevati tre campioni di humus in diverse aree del letto per analisi chimiche e microbiologiche. E anche tre campioni di percolato sono stati raccolti in contenitori sterili. Tutti i campioni sono stati portati immediatamente in laboratorio per le analisi chimiche e microbiologiche.

1. Campione di percolato e humus per il laboratorio.

Area sperimentale.

L'esperimento ha avuto luogo nella fattoria del caffè Loma de los Cedros, a Boquete, nel distretto di Chiriqui, a Panama. Questa è una fattoria di caffè commerciale ombreggiata situata a 1.550 mals All'interno della fattoria, a 228 m²di area sperimentale è stata delimitata, considerando un'area tampone per isolare l'esperimento con il resto dell'azienda.

Squadra ICFC che identifica gli alberi
Identificazione degli alberi

L'applicazione fogliare ed edafica del percolato è iniziata a maggio, un mese prima dell'inizio della stagione delle piogge fino a completare i 6 mesi di applicazione. Sono stati applicati sei diversi trattamenti più un controllo (tabella 1). Per ogni trattamento è stata assegnata una popolazione di 10 alberi. Con una distanza di 1 metro per albero e 3 metri tra i trattamenti. La popolazione sperimentale totale era di 60 alberi e 10 controlli.

Applicazione del percolato.

Circa 200 ml di percolato a diverse concentrazioni sono stati applicati per via fogliare ed edafica utilizzando una pompa spray ogni 21 giorni.

4. Applicazione del percolato

Lo sviluppo ortotropo e plagiotropico è stato valutato e monitorato contando il numero di nuovi rami che crescono dal fusto principale e il numero di nodi. Il punto di partenza è stato individuato in ogni albero, consentendo di monitorare lo sviluppo durante i sei mesi sulla stessa parte dell'albero. Il diametro dello stelo e l'altitudine sono stati misurati mensilmente.

Leac: percolato di vermicomposting, Fert: Programma di fertilizzazione regolare gestito presso International Coffee Farms: 2 applicazioni di Nitro Ca e Hidrocomplex (1 oz/applicazione) più due applicazioni di Humiteck (100 cc/applicazione). Controllo: Piante con il solo programma di fertilizzazione regolare gestito da International Coffee Farms.

Analisi statistica.

Tutti i dati chimici e microbiologici sono le medie aritmetiche di 3 repliche. I dati fisici misurati sulle piante di caffè sono la media aritmetica di 6 alberi e l'analisi statistica di questo parametro è stata effettuata attraverso un'Analisi della Varianza Indipendente.

Risultati

Potenziale fitotossicità della polpa di caffè fresca.

La polpa di caffè fresca ha un impatto negativo sulla velocità di germinazione e sviluppo di una pianta, che è strettamente correlato alla sua concentrazione nel substrato finale. Maggiore è la concentrazione di polpa fresca in un substrato, minore è la probabilità di germinazione di una pianta. Nei casi in cui è stato utilizzato 100% di polpa fresca come substrato, il tasso di germinazione è stato inferiore a 13%, raggiungendo livelli di germinazione di 0% (tabella 2).

Risultati ottenuti dai tre campioni di polpa di caffè ottenuti nel sistema di vermicomposting. Analisi effettuata presso il Centro de Investigación Agronómica CIA. Costa Rica University 21/03/18.

L'analisi del sistema radicolare mostra lo stesso comportamento del test di germinazione (fare riferimento alla tabella 3). La radichetta non può svilupparsi in un substrato con un'elevata concentrazione di polpa fresca.

La polpa di caffè fresca è un prodotto organico instabile, in quanto continua la decomposizione dopo essere stata applicata sul terreno. A causa dell'elevata richiesta di ossigeno per effettuare la decomposizione aerobica, può portare alla riduzione di questo elemento e alla morte improvvisa di batteri aerobici benefici nel terreno. Inoltre, la sua eccessiva quantità di tannini e fenoli può causare l'inibizione della crescita delle radici (Velmourougane & Kurian, 2011). Questa è una risposta indiretta alla potenziale fitotossicità della polpa fresca sullo sviluppo della pianta e il motivo principale per cui collocare grandi quantità di polpa fresca in una piccola area può causare problemi agli alberi.

Caratterizzazione chimica del percolato e dell'humus

La composizione chimica ottenuta nell'analisi chimica dei campioni di humus e percolato mostra che entrambi i prodotti possono essere utilizzati come fonte complementare di nutrienti ma non come sostituti del fertilizzante. Come si evince dalla tabella 4, l'apporto di micro e macronutrienti è basso e non può essere paragonato ad un normale fertilizzante.

Poiché il loro contenuto di nutrienti è molto basso, sarebbero necessari grandi volumi di humus per apportare un contributo significativo di nutrienti alle colture. Ad esempio, se dobbiamo applicare 100 Kg/ha di Azoto, dovremo incorporare circa 6.400 kg/ha di humus. In termini di logistica e disponibilità di questo prodotto, non è qualcosa di gestibile in nessuna piantagione di caffè.

Tuttavia, i vantaggi dell'implementazione del percolato e dell'humus in una piantagione di caffè sono di altra natura. I risultati chimici mostrano che l'humus ottenuto dalla decomposizione della polpa è un'ottima fonte di sostanza organica per i suoli (%C 26.02). L'incorporazione di humus nelle fattorie, migliorerà la concentrazione di materia organica nel suolo e, quindi, migliorerà lo scambio cationico e la disponibilità di micro e microelementi per le piante del caffè. Il valore del pH di entrambi è di circa 9, il che risulta vantaggioso nei terreni in cui il pH è basso. Questo è qualcosa di molto comune da trovare nei paesi produttori di caffè con alte stagioni delle piogge.

È importante ricordare che entrambi, humus e percolato, hanno alte concentrazioni di Fe, in particolare l'humus. Pertanto, l'applicazione di entrambi i prodotti deve essere eseguita con cautela e si consiglia di eseguire un'analisi del suolo nell'azienda prima dell'applicazione.

Un altro vantaggio dell'implementazione di tali sottoprodotti ottenuti dal vermicomposting della polpa di caffè è l'incorporazione della microfauna nei suoli che migliora l'attività microbiologica nell'azienda agricola. L'analisi microbiologica mostra che campioni di humus e percolato ottenuti nel sistema di vermicomposting, contengono importanti popolazioni di Actinomiceti, Funghi, Lieviti e Fissatori di Azoto. Ciascuno di questi gruppi di organismi ha una funzione benefica. Inoltre, non ci sono batteri pericolosi come E.coli e Salmonella in uno qualsiasi dei campioni valutati.

Gli attinomiceti sono batteri aerobi gram-positivi responsabili dell'odore terroso del terreno fresco, ma devono essere importanti, per il loro ruolo nel ciclo di molecole organiche complesse come la cellulosa. Ciò migliora la disponibilità di nutrienti per le piante (Bhatti, Haq. e Bhat, 2017). Lattobacillo è un altro interessante gruppo di batteri che agisce come probiotico anche sul suolo. Questi batteri consentono alle piante di assorbire il lento rilascio dei nutrienti della rizosfera (Kang, 2016).

La popolazione di lievito del suolo è solitamente influenzata negativamente da pratiche agricole comuni come il controllo delle malattie chimiche. Mentre i terreni sani con materia organica di solito hanno rese più elevate di colonie di lievito (Botha, 2006).

Oggi molti agricoltori stanno cercando di adottare misure palliative per migliorare la concentrazione di questi microrganismi nel suolo. Alcuni studi hanno dimostrato che l'aggiunta di lievito di birra a colture convenzionali come pomodoro e canna da zucchero può migliorare lo stato N e P delle piante alterandone la crescita e la biomassa. Significa che il lievito può potenzialmente migliorare la crescita delle colture e l'apporto di nutrienti (Lonhienne, Mason, Ragan, Schmidt e Paungfoo-Lonhienne, 2014). L'applicazione di humus e percolato può essere un'altra opzione per aumentare il lievito nel terreno.

Effetto fisico dell'applicazione del percolato su giovani alberi di caffè Catuai

I trattamenti sono stati suddivisi in due categorie: applicazione di percolato più un programma di fertilizzazione regolare e solo applicazione di percolato. Tra questi, sono state utilizzate diverse concentrazioni.

Queste analisi sono il risultato del valore medio di 6 alberi, basato su una distribuzione normale e un'analisi indipendente della varianza. (a) non mostra differenze statistiche con il controllo. (b) mostra differenze statistiche con il controllo. La descrizione di ciascun trattamento è definita nella tabella 1.

Secondo l'analisi statistica, il trattamento 1:20 percolato più fertilizzazione ha un risultato migliore rispetto al trattamento di controllo. In media, durante 6 mesi di monitoraggio, è cresciuto un paio di foglie in più rispetto al resto dei trattamenti e del controllo. Rappresenta un incremento significativo della produzione di frutti di caffè per pianta.

Lo stesso effetto è stato riconosciuto sulla crescita ortotropica. In questo caso due trattamenti mostrano incrementi statistici rispetto al controllo, questi sono: 1:20 percolato più fertilizzazione e 1:40 percolato più fertilizzazione.

Infine, il cambio di altitudine delle piante di caffè durante i 6 mesi di applicazione con il trattamento 1:20 percolato più concimazione è statisticamente diverso dal controllo. Anche in questo caso, questa concentrazione di percolato consente i migliori risultati in tre variabili fisiche che sono legate alle rese produttive e alla salute delle piante.

Questi risultati sono una seconda prova che il percolato di per sé non è raccomandato per essere utilizzato come sostituto del fertilizzante. In termini generali, i migliori risultati si ottengono quando c'è una combinazione di entrambi e il trattamento più efficace in termini di volume e risultato finale è la concentrazione di percolato 1:20 più un trattamento di fertilizzazione. Questo per i giovani alberi.

In tutte le analisi fisiche valutate durante l'esperimento, l'applicazione del solo percolato (indipendentemente dalla concentrazione in cui è stato applicato), non mostra differenze statistiche rispetto alla popolazione di controllo.

In questo studio, potremmo oggettivamente identificare i vantaggi e i limiti dell'applicazione di sottoprodotti trasformati ottenuti dal vermicomposting della polpa di caffè, come il percolato. Il risultato mostra che il percolato può essere un miglioramento dei programmi di fertilizzazione in un'azienda agricola e un potenziatore del suolo in termini di aggiunta di nuovo microbiota al suolo. Tuttavia, non è raccomandato come sostituto di un normale fertilizzante.

Al giorno d'oggi, esiste un concetto o un'idea pericolosa per cui tutti i prodotti considerati naturali e/o biologici sono sani. Tuttavia, a seconda della concentrazione di un prodotto, qualsiasi cosa può essere pericolosa o avvelenante. Questo accade anche con humus e percolato. L'elevata quantità di Fe può essere considerata uno dei loro principali limiti e il motivo principale per cui un agricoltore dovrebbe conoscere in anticipo la sua concentrazione di Fe nel suolo prima di applicare questo tipo di prodotti.

Importanza e interesse per l'appartenenza alla SCA.

Le azioni sostenibili devono essere attuate in ogni fase dell'industria del caffè, se si considera lo sviluppo di questo mercato per un tempo più lungo. Tuttavia, è necessario promuovere azioni che si sono rivelate opzioni migliori rispetto a quelle convenzionali. Altrimenti, possiamo ingenuamente cadere in una falsa sostenibilità.

I membri di SCA, in particolare i produttori, possono utilizzare queste informazioni come riferimento nella gestione dei sottoprodotti nelle loro aziende agricole. Inoltre, è risaputo che la regolamentazione ambientale in termini di gestione dei sottoprodotti è ogni giorno più esigente nei paesi produttori. Pertanto, questo tipo di tecnologie sarà sempre più considerato non solo un'attività extra in azienda, ma un'attività vitale all'interno del sistema di lavorazione del caffè. Le vere opzioni sostenibili comprovate sono ciò che l'industria del caffè richiede per seguire questo percorso.

Riferimenti

Lonhienne, T., Mason, M., Ragan, M., Schmidt, S. e Paungfoo-Lonhienne, C. (2014). Il lievito come biofertilizzante altera la crescita e la morfologia delle piante. Agraria, Vol 54.

Velmourougane, k., & Kurian, R. (2011). Cambiamenti chimici e microbiologici durante il vermicomposting della polpa di caffè utilizzando specie esotiche (Eudrilus eugeniae) e lombriche autoctone (Perionyx ceylanesis). Biodegradazione, 22:497–507.

Bhatti, A., Haq. , A. e Bhat, A. (2017). Ruolo benefico degli attinomiceti nella salute del suolo e delle piante. Patogenesi microbica, Vol 111. Pagine 458-467.

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

Kang, A. (2016). Comprensione del ruolo dei lattobacilli nella pratica agricola moderna. Ricerca e recensioni: Journal of Ecology and Environmental Sciences.