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PPPRRROOODDDUUUCCCIIIDDDOOOSSS EEENNN LLLAAA UUUNNNIIIVVVEEERRRSSSIIIDDDAAADDD EEEAAARRRTTTHHH

Neysi Lourdes Rodríguez Morales

Proyecto de Graduación

para obtener el grado de

Licenciatura en Ciencias Agrícolas

y el título de

Ingeniera Agrónoma

222000000777

GGGuuuáááccciiimmmooo,,, LLLiiimmmóóónnn,,, CCCooossstttaaa RRRiiicccaaa

ii

La Universidad EARTH certifica que el Proyecto de Graduación titulado

LIXIVIACIÓN DE NITRATOS DE DOS ABONOS ORGÁNICOS PRODUCIDOS EN LA UNIVERSIDAD EARTH

Presentado por

Neysi Lourdes Rodríguez Morales

Reúne las condiciones para obtener el título de Ingeniero agrónomo

con el grado académico de Licenciatura

Decano de Asuntos Académicos Manuel Cerrato, Ph.D.

Asesor Humberto Antonio Leblanc Ureña, Ph.D.

Asesor Manuel Cerrato, Ph.D.

Diciembre, 2007

iii

Dedicatoria A Dios por haberme permitido vivir para lograr terminar mi carrera.

A mis padres: María Lourdes Morales Quintero y Juan José Rodríguez Guatemala, porque han sido las dos personas que me han brindado un gran apoyo y ánimos de seguir adelante con mis estudios.

A mí querida hermana: Johana Elizabeth Rodríguez Morales, por ser la persona que me ha brindado consejos durante estos años.

A toda mi familia, que siempre ha estado pendiente de mi bienestar durante estos años de estudio.

A mis compañeros de promoción 2007, en especial a mis grandes amigos: Katya Gonzalvo, Martha Naranjo, Yansuly López y Arlindo Mendoza.

Agradecimiento Deseo agradecer en primer lugar a mis dos asesores el Profesor Humberto Leblanc y el Profesor Manuel Cerrato, por haberme apoyado durante la elaboración de este proyecto de graduación.

Quiero agradecer a su vez a las personas que colaboraron para que el proyecto se llevará a cabo: Rolo Pérez, Herbert Arrieta, Berenice Granados y Luis Emilio Pineda.

1

Resumen La lixiviación de nitratos (NO3

-) causa un serio problema de contaminación de los mantos acuíferos, debido a la aplicación de fertilizantes nitrógenados. Este experimento se estableció con la finalidad de evaluar las cantidades de NO3

-, que pueden lixiviar dos abonos orgánicos producidos en la Universidad EARTH. Para ello se estableció un diseño de bloques completamente al azar, los tratamientos consistieron en: dos abonos orgánicos [bokashi de la Finca Pecuaria Integrada (FPI), y bokashi de Finca Comercial (FC), ambos aplicados a una dosis de 20 Mg ha-1 peso fresco, equivalente a 6,61 Mg ha-1 en peso seco] y un testigo. Los tratamientos fueron evaluados a dos profundidades, instalando lisímetros a 60 y 90 cm en el suelo, durante 16 semanas. Los abonos orgánicos evaluados lixiviaron cantidades bajas de NO3

--N (< 1mg L-1), alcanzando la profundidad de 90 cm. Además, se comprobó que los abonos orgánicos producidos en la EARTH, no ocasionan contaminación debido a que no superan los 10 mg NO3 --N L-1 permisible para agua potable.

Palabras Claves: Abono orgánico, bokashi, nitratos, lixiviación

Abstract Nitrate (NO3

-) leaching causes a serious groundwater contamination problem, owing to over-application of fertilizers containing this nutrient. This experiment was fashioned with the objective to evaluate the nitrate leaching of two organic fertilizers produced at EARTH University. Random trial blocks were used. The treatments were: 1) bokashi from the Finca Pecuaria Integrada (FPI), 2) bokashi from the Finca Comercial (FC), both of which were applied at a rate of 20 Mg ha-1 fresh weight, the equivalent to 6.61 Mg ha-1 dry weight, and 3) a non fertilizer control. The treatments were evaluated using lysimeters at two different depths: 60 cm and 90 cm, during 16 weeks. The organic fertilizers leach a low concentration of NO3

--N (< 1mg L-1), until the depth of 90 cm. Also it was proved that organic fertilizer caused no contamination due to the fact that it did not exceeded 10 mg L-1 of NO3

--N.

Keys words: Organic fertilizer, bokashi, nitrate, leaching


2

Lista de contenido Página

DEDICATORIA III AGRADECIMIENTO III RESUMEN 1

ABSTRACT 1

LISTA DE CONTENIDO 2

1 INTRODUCCIÓN 3

2 OBJETIVOS 5

2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 5

3 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 6

3.1 EL CICLO DEL NITRÓGENO ......................................................................... 6 3.2 LIXIVIACIÓN DE NO3

- ................................................................................... 8 3.3 PROBLEMAS DE SALUD CAUSADOS POR LOS NO3

-............................... 10 3.4 METODOLOGÍAS PARA MEDIR LIXIVIACIÓN DE NO3

- ............................. 11 3.5 FORMAS DE EVITAR LA LIXIVIACIÓN DE NO3

- ......................................... 12

4 MATERIALES Y MÉTODOS 14

4.1 LOCALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO ......................................................... 14 4.2 DISEÑO EXPERIMENTAL............................................................................ 14 4.3 INSTALACIÓN DE LISÍMITROS ................................................................... 14 4.4 DESCRIPCIÓN DE LOS ABONOS ORGÁNICOS PRODUCIDOS EN

LA UNIVERSIDAD EARTH ........................................................................... 15 4.5 RECOLECCIÓN DE MUESTRAS ................................................................. 16 4.6 MÉTODO DE ANÁLISIS ESTADÍSTICO....................................................... 16

5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 18

5.1 EVALUACIÓN DE LOS ABONOS ORGÁNICOS.......................................... 18 5.2 PRECIPITACIÓN DURANTE EL PERÍODO DE ESTUDIO .......................... 19 5.3 LIXIVIACIÓN DE NO3

-................................................................................... 20 5.4 CONCENTRACIÓN DE NITRATOS Y AMONIO EN EL SUELO .................. 23 5.5 CONCLUSIONES.......................................................................................... 25 5.6 RECOMENDACIONES ................................................................................. 25

6 LISTA DE REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 26

7 ANEXOS 29


3

1 Introducción

La lixiviación de nitratos (NO3-) causa un serio problema de contaminación de los

mantos acuíferos, debido a la eutrofización o falta de oxígeno resultado de la alta

concentración de este nutriente en los mismos; el problema ocurre debido a que en su

mayoría el NO3- no es adsorbido como ion en las partículas de arcilla, limo y materia

orgánica del suelo, es soluble en agua y muy móvil, por lo que en zonas con alta

precipitación es fácilmente transportado a través de la escorrentía y percolación; siendo

así un problema con mayor complejidad que en otras zonas1.

Cuando los nitratos se lixivian son arrastrados a las aguas subterráneas, en donde las

altas concentraciones de NO3- en el agua de consumo conllevan al riesgo de

enfermedades graves, como la causada en infantes menores de seis meses

denominada bebe azul, provocada debido a la transformación de hemoglobina a

metahemoglobina2.

La pérdida por lixiviación de NO3- en las aguas de los drenajes secundarios y terciarios

y en las aguas subterráneas a tres profundidades diferentes 1,2, 1,6 y 2,0 m en la Finca

Comercial de la Universidad EARTH, fue evaluada durante los meses de mayor

precipitación que presenta la zona (junio, julio y agosto). En ese estudio se encontró

una relación directa entre la precipitación y el aumento de la concentración de lixiviados

de NO3-; además se determinó que las concentraciones de NO3

- a 1,2 y 1,6 m eran muy

similares demostrando un movimiento vertical del flujo de lixiviados3.

1 IMBACH, A. Lixiviación de nutrimentos principales en cuatro sistemas agroforestales…, p. 14. 2 JASA, P. Drinking Water: Nitrate-Nitrogen, p. 2. 3 PESTANA, W. Monitoreo de los niveles de nitratos en aguas drenadas de una plantación de banano …, 44 p.


4

El potencial de mineralización del N de los abonos orgánicos, producidos en la

Universidad EARTH, fue determinado como bajo en un estudio realizado,

encontrándose en rangos entre 28,7 mg NO3--N Kg-1 de suelo hasta 74,5 mg NO3

--N

Kg-1, demostrando así un aporte de nutrientes reducidos al suelo y por ende la

posibilidad de una lixiviación de nutrientes menor en comparación con los fertilizantes

nitrogenados4.

En la actualidad la lixiviación de NO3- es ampliamente conocida en fertilizantes

nitrogenados y se ha comprobado que aplicados a altas dosis provocan contaminación

hacia efluentes de agua. A su vez se han realizado investigaciones de la lixiviación de

NO3- que provocan algunos abonos orgánicos, pero expuestos a climas diferentes del

Trópico Húmedo. Debido a las razones antes mencionadas se realizó está investigación

con el objetivo de determinar la lixiviación de NO3-, en los abonos orgánicos producidos

en la Universidad EARTH expuestos al clima del Trópico Húmedo, para comprobar si

pueden contaminar las aguas subterráneas.

4 KAMEKO SORIA CR. Determinación del potencial de mineralización de nitrógeno de bocashi, compost y lombricompost…. 18. p.


5

2 Objetivos

-Establecer el potencial de lixiviación de NO3--N de dos abonos orgánicos producidos en

la Universidad EARTH.

2.1 Objetivos específicos

-Determinar las cantidades de NO3--N lixiviados a 60 y 90 cm de profundidad en el

suelo.

-Establecer el potencial de lixiviación de NO3--N que presentan cada uno de los abonos

después de aplicados al suelo.


6

3 Revisión bibliográfica

3.1 El Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno (N) en el suelo está sujeto a un conjunto de transformaciones y procesos

de transporte, dentro de los cuales se encuentran: la mineralización, amonificación,

nitrificación, inmovilización, desnitrificación y lixiviación; los cuales constituyen el ciclo

del N.

La mineralización consiste en una serie de procesos a través de los cuales los

componentes orgánicos, ya sea de la materia orgánica o de los residuos vegetales y

animales recién incorporados al suelo se transforman en formas inorgánicas

nitrogenadas tales como amonio (NH4+), nitrito (NO2

-) y NO3-. Las plantas no pueden

hacer uso del N orgánico, pero los microorganismos del suelo usan la materia orgánica

como fuente de energía, y en el proceso convierte el nitrógeno orgánico en nitrógeno

inorgánico.

La inmovilización es el proceso donde el N orgánico es incorporado e inmovilizado

temporalmente por los microorganismos. La inmovilización ocurre cuando los

microorganismos incorporan dentro de si N orgánico para producir proteínas. El proceso

de inmovilización ocurre cuando el material orgánico tiene una relación C:N mayor que

30:1. Materiales muy pobres en N, como el aserrín de madera, tienen relaciones C:N

iguales o mayores que 100: 1, mientras que materiales como el lombricompost o la

boñiga tienen relaciones C:N iguales o menores que 16:1.

El proceso de amonificación comprende los primeros procesos de transformación,

hasta que las substancias orgánicas llegan a convertirse a NH4+. La amonificación

ocurre por un proceso de transformación de aminas, formadas a partir de proteínas en

NH3, el cual se disuelve en agua formando NH4+. La amonificación es una reacción de

hidrólisis que es llevada a cabo por enzimas secretadas por los microorganismos.

R- NH2 + HOH R-OH + NH3 + Energía


7

La nitrificación consiste en la transformación del NH4+ en nitratos pasando previamente

por la forma de NO2-. La primera transformación de NO2

- es realizada por el grupo de

bacterias Nitrosomas. El segundo paso de la transformación a NO3- es realizado por

bacterias como Nitrobacter. Las reacciones químicas que ocurren se pueden expresar

como sigue:

NH4+ + 2 O2 NO2

- + 2H2 O (Nitrosomas)

NO2 + 0.5 O2 NO3- (Nitrobacter)

La nitrificación se ve afectada por factores como la aireación, la humedad y el pH del

suelo; por lo tanto la nitrificación requiere de suelos aireados, temperatura cerca de 25

a 30 °C, buena humedad y un pH alrededor de 7,0.

El proceso de desnitrificación agrupa una serie de procesos biológicos que conducen a

la reducción de NO3- lo que produce pérdidas del N en el suelo, que muchas veces, son

considerables del N nativo o del N aplicado en forma de fertilizante. La desnitrificación

convierte los NO3- a formas gaseosas de N.

El proceso de desnitrificación puede describirse de la siguiente manera:

NO3- NO2

- N2O N2

La formación de óxido de nitrógeno (N2O) o nitrógeno molecular (N2) depende de las

condiciones de pH. En suelos con valores de pH entre 4,9 y 5,6 la pérdida se produce

en forma de N2O. En suelos con pH comprendidos entre 7,3 y 7,9, la pérdida se

produce en forma de N25

.

5 FASSBENDER, HW., BORNEMIZA. Química de suelos.


8

3.2 Lixiviación de NO3-

La lixiviación es una de las principales formas de salida del N del suelo. La lixiviación

ocurre por el movimiento vertical de la solución del suelo conteniendo iones de NO3-

fuera de la zona radicular y hacia la zona saturada. Una vez que los iones NO3- llegan a

la zona saturada pueden ser transportados lateralmente hacia los canales de drenaje o

arrastrados verticalmente hacia mantos acuíferos6.

Los principales factores que influyen en la lixiviación son: la textura, el tipo de sistema

coloidal, la capacidad de intercambio catiónico, la precipitación y las características de

los fertilizantes nitrogenados aplicados. La textura influye en dependencia del tipo de

arcilla que presente el suelo y el tipo de carga para la adsorción del NO3-; la capacidad

de intercambio catiónico influye en la medida en que los NO3- son pasados hacia la

solución del suelo ya sea para ser absorbidos por la plantas o expuestos a procesos de

lixiviación; la precipitación tiene una relación directa entre su aumento y el incremento

de la concentración de nutrientes lixiviados; y las características del fertilizante

nitrogenado influyen en la cantidad de NO3- que puedan liverar hacia el suelo para ser

expuestos a procesos de lixiviación7.

La lixiviación de NO3-, a su vez es afectada por el tipo de abono depositado en el suelo,

debido a las diferentes cantidades de N disponibles8. El compost es considerado como

un fertilizante de liberación lenta, pero en aplicaciones excesivas puede causar una

lixiviación involuntaria. Un estudio realizado en Michigan para evaluar el impacto del

compost (50 % hojas de roble y 50 % de estiércol en base seca), estiércol y fertilizantes

6 FASBENDER, BORNEMIZA, ref. 5, p 227. 7 IMBACH, A. ref 1, p 14. 8 BECWITH, CP., COOPER, J., et al. Nitrate leaching loss following application of organic manure to sandy soil…, p. 123.


9

inorgánicos en un campo con cultivos de maíz y alfalfa en rotación por seis años,

encontró que la mayor pérdida de NO3- por lixiviación ocurrió en el tratamiento con

estiércol con una cantidad total de 329 NO3- kg ha-1, seguido del tratamiento de

compost9.

En regiones húmedas la entrada de N a través de cultivos de legumbres, estiércol de

animales y fertilizantes inorgánicos puede resultar en un potencial alto de lixiviación de

NO3- del suelo, si no existen estrategias para el manejo del N, ya que existe una

relación entre la utilización de recomendaciones adecuadas de la cantidad de N a

aplicar y la reducción de la cantidad de NO3- lixiviados10.

El nivel de malezas en un terreno está correlacionado con la lixiviación de nutrientes

que existe en ese sistema, un estudio realizado en una plantación de banano durante

tres años, observó el efecto de tres niveles de malezas 0, 40 y 70 % de cobertura en la

reducción de la lixiviación de los nutrimentos aplicados en esa plantación. El estudio

determinó altas concentraciones de NO3- lixiviado en las parcelas sin malezas11.

Cuando los NO3- se lixivian pueden ocasionar contaminación en las aguas, se considera

que las aguas usadas en la alimentación de los infantes pueden ser tóxicas cuando las

mismas poseen concentraciones de NO3--N superiores a los 10 mg L-1 12. Debido a esto

se han llevado a cabo estudios que evalúan la contaminación a partir de este límite

permisible. En la ciudad de Tabasco, México, fue evaluada la lixiviación del N en

función del espaciamiento entre drenajes subterráneos, en donde se encontró que las

concentraciones de NO3--N en el agua de drenaje y del manto freático nunca fueron

superiores a los 10 mg L-1 13. Así mismo, en las microcuencas de la zona sur de Costa

9 BRUNO, B. y RITCHIE, J. Impact of compost, manure and inorganic fertilizer on nitrate leaching..., p. 336. 10 DURIEUX R., et al. Implication of nitrogen management strategies for nitrate leaching..., p. 785. 11 DE LA CRUZ, R., et al. El papel de las malezas en la reducción de la lixiviación…, p 29. 12 BERTSCH, HF. La fertilidad del suelo y su manejo, p. 157. 13 DAVID, C., et al. Lixiviación de Nitrógeno en función del espaciamiento…, p. 291


10

Rica en sistemas agroforestales, fue evaluada la contaminación por NO3- los resultados

indican que las concentraciones de NO3- se encuentran dentro del límite permisible para

agua potable14.

3.3 Problemas de salud causados por los NO3-

Los NO3- en el agua no son detectables debido a que no presentan color, olor o gusto,

por lo que se deben de realizar exámenes para su debida verificación sobre todo en

lugares donde exista una población de niños, mujeres embarazadas y personas

mayores que son las más susceptibles a sufrir problemas por la alta concentración de

nitratos.

El primer problema de salud, que ocurre al consumir agua con presencia de NO3-, es la

transformación de NO3- a NO2

- ocasionado por la bacteria que actúa en el sistema

digestivo. El NO2- oxida hierro de la hemoglobina sobre células de la sangre para

formar metahemoglobina que carece de oxígeno. Este proceso crea la condición de la

enfermedad denominada bebé azul, en donde la sangre no tienen la habilidad de llevar

el oxigeno hasta las células individuales del cuerpo.

El problema del consumo de NO3- en niños menores de 6 años de edad se debe a que

su organismo no tiene la capacidad para secretar ácido gástrico que baja el pH en el

sistema digestivo, al poseer un pH alto las bacterias crecen haciendo más fácil la

transformación de NO3- a NO2

-. En adición a esto, las enzimas para transformar la

metahemoglobina hacia hemoglobina con oxígeno no están desarrolladas en niños

menores de seis años.

Una enfermedad potencial que puede ser ocasionada debido al consumo de NO3- es el

cáncer. Existe una posibilidad de que el NO3- pueda reaccionar con las amidas del

cuerpo para formar nitrosamina, causante del cáncer. La magnitud del riesgo de cáncer

por tomar agua con presencia de NO3- es desconocida15.

14 RENDEROS, V. Efecto de sistemas agroforestales café – Eucalyptus deglupta sobre la contaminación…, 33.p. 15 JASA, P. ver ref 2 , p. 1-2.


11

3.4 Metodologías para medir lixiviación de NO3-

Existen diferentes metodologías para medir la lixiviación de NO3- las cuales pueden

agruparse en:

a) Métodos en que se determina simultáneamente la concentración de nutrimientos en

la solución de lixiviación y su volumen16. Este grupo comprende:

- Método de los lisímetros de campo o tanque

Este método consiste en establecer las plantas del sistema que se desea estudiar, en

un recipiente lleno de tierra en la secuencia de horizontes del suelo original. Estos

recipientes se entierran alrededor del sistema de estudio, y de la parte inferior se extrae

diariamente el líquido que se acumula, midiendo el volumen del líquido extraído y la

concentración de nutrimentos se puede calcular la cantidad perdida por lixiviación.

- Método de los lisímetros monolíticos

Este método consiste en extraer un monolito de suelo, este se recubre lateralmente y

en su base se recubre lateralmente con algún material impermeable. Luego se hace

una abertura en la base del monolito por la que drena la solución de lixiviación a un

recipiente. La lixiviación de los nutrientes se calcula en base al volumen del líquido

recogido, la concentración de minerales de dicho líquido y el área de la base del

monolito.

- Métodos de los lisímetros de tensión cero

Este método consiste en cavar una calicata en el terreno y luego introducir canaletas

cubiertas por una malla metálica a la profundidad deseada. El agua de lixiviación que

atraviesa el perfil es interceptada por la canaleta y conducida hasta un recipiente de

donde se extrae diariamente para medir su volumen y determinar la concentración de

nutrimientos.

16 IMBACH, A. ref 1, p. 42-48.


12

Métodos de los lisímetros de porcelana

Este método consiste en cápsulas lisimétricas planas de porcelana porosa, de diámetro

entre 15 y 20 cm, las que son instaladas a una profundidad deseada y se conectan a

una tubería rígida o flexible. El agua que fluye por el perfil penetra en las cápsulas, de

es extraída ejerciendo succión por medio de la tubería.

b) Método en que se determina por separado la concentración de nutrientes en los

lixiviados del suelo y el volumen total del agua extraída17. El cual comprende:

- Método de muestreo con cápsulas lisimétricas y estimación de la percolación

mediante cálculos matemáticos.

Este método consiste en el empleo de cápsulas lisimétricas pequeñas, de porcelana

porosa, en las que se genera un vacío suave para obtener muestras de la solución del

suelo a distintas profundidades. El tamaño de las capsulas es variable, habiendo tenido

inicialmente un diámetro de unos 50 mm y una longitud entre 60 y 70 mm

3.5 Formas de evitar la lixiviación de NO3-

La pérdida de N, en suelos dedicados a la agricultura, se reduce con la sustitución de

fertilizantes comunes por fertilizantes que posean una liberación lenta del N, para que

este elemento esté fácilmente disponible y estableciendo rangos de aplicaciones

apropiadas de abonos18. En Japón los fertilizantes de liberación lenta, han venido

siendo usados en fincas que frecuentemente manejan fertilizantes convencionales, esta

substitución por fertilizantes de liberación lenta ha reducido la lixiviación del N en

períodos cortos19.

La lixiviación de nutrientes puede ser evitada con la utilización de coberturas en el suelo

que impidan la percolación de agua hacia el manto freático, un estudio realizado para

evaluar coberturas biodegradables y de plástico para comprobar la reducción de la

lixiviación de NO3- en el cultivo de pimiento, determinó que los menores valores de

17 IMBACH, A. ref 1, p 42-48. 18 MORIHIRO, M., ZHAO, B., OZAKI, Y., et al. Nitrate leaching in an Andisol treated with different types of fertilizers, p. 447. 19 SAKATA, N., YAMAMOTO, K., et al. Moving of nitrogen from coating fertilizer in soil, p. 253


13

lixiviación del NO3- se presentan cuando se utiliza cobertura plástica de polietileno ya

que la misma obtiene 10 kg ha1 20.

La lixiviación de NO3- se puede reducir, realizando la incorporación simultanea de

residuos de cosechas con otros materiales orgánicos, donde ambos pueden evitar la

mineralización del N de los residuos de cosecha o inmovilizar el N 21. La aplicación de

abonos orgánicos en algunos estudios demuestra la gran eficiencia en cuanto a la

reducción de lixiviación de NO3-, debido a la poca mineralización que poseen y a la

inmovilización que presentan en un inicio. Sin embargo, esta definición no es del todo

segura, debido a que otras investigaciones demuestran lo contrario por lo que

dependerá del tipo de abono orgánico utilizado.

20 ROMIC, D., ROMIC, M., BOROSIC, J., et al. Mulching decrease nitrate leaching…, p. 87. 21 HADAS, A., SAGIV, B., et al . Agricultural Practices, p. 81.


14

4 Materiales y métodos

4.1 Localización del experimento La investigación se realizó en la finca académica de la Universidad EARTH, localizada

en la vertiente Caribe de Costa Rica (10°10' N; 83°37' O). La zona de vida es un bosque

muy húmedo premontano con transición al basal22. La altitud del lugar es de 64

m.s.n.m., con una precipitación anual de 3464 mm, distribuidos uniformemente durante

todo el año y una temperatura promedio de 25,1 °C23.

4.2 Diseño experimental El experimento se estableció en un diseño de bloque completamente al azar (DBCA)

con 3 tratamientos, en un arreglo factorial 2X3 (profundidad del lisímetro X abono). Los

tratamientos consistieron en: dos abonos orgánicos [bokashi de la Finca Pecuaria

Integrada (FPI), y bokashi de Finca Comercial (FC), ambos fueron aplicados a una

dosis de 20 Mg ha-1 peso fresco, equivalente a 6,61 Mg ha-1 de peso seco] y un testigo.

Los tratamientos fueron aplicados a la superficie en parcelas de 1,5 X 1,5 m.

4.3 Instalación de lisímitros Antes de instalar los lisímetros en las parcelas, éstos fueron sumergidos en agua

durante 24 h para saturar la parte cerámica por donde entra la solución del suelo. La

instalación de los lisímitros en las parcelas fue realizada mediante la utilización de un

barreno holandés, el cual permitió llegar a las profundidades de 60 y 90 cm

22 BOLAÑOS, R.A., WATSON, V.C. Mapa ecológico de Costa Rica según el sistema de… 23 SANCHO., et al. Estudio de suelos…, 151.p.


15

respectivamente. En la parte central de la parcela, fueron instalados ambos lisímetros

con una separación de 30 cm (anexo 1).

Una vez que los lisímetros fueron instalados, se les sometió a un vació para que

empezaran a absorber el agua del suelo. Para la aplicación de vacío y la extracción de

la muestra, se empleó una bomba manual de vacío, con un manómetro incorporado

para controlar el vacío fijado en 50 cb.

4.4 Descripción de los abonos orgánicos producidos en la Universidad EARTH

Tradicionalmente el bokashi se prepara con cascarillas de arroz, semolina, torta de

soya, harina de pescado y suelo de bosques como inoculante de microorganismos24. En

la FPI de la Universidad EARTH, se prepara el bokashi colocando un capa de aserrín

de aproximadamente 7 cm de profundidad en todo el corral (9 x 27,5m). Sobre esta

capa de aserrín pasan aproximadamente 100 animales, los cuales depositan su

estiércol y lo mezclan con el aserrín. Diariamente se agregan 4 L de una mezcla que

contiene 320 mL de microorganismos efectivos (EM) y agua sobre la mezcla del aserrín

y el estiércol. Para finalizar este proceso, se retira todo el material del corral y se coloca

en una pila durante 15 días, durante estos días se voltea la pila dos veces por semana,

después de 15 días el bokashi está listo para ser usado en el campo.

El bokashi elaborado en la FC, consiste en desechos de la planta empacadora de

banano de la Universidad EARTH. Estos desechos son picados y colocados en camas

de 1 m de ancho, 1 m de alto y 14 m de largo. Cada cama posee 3500 kg de banano y

recibe a diario 2 L de EM (Proporción 1:30), luego se agrega aserrín en dependencia

del material que ingrese. El material recibido, se deja reposar por 5 días a partir del cual

se empieza a voltear cada 3 días durante 5 semanas. Después de este proceso el

bokashi está listo para ser usado en el campo25.

24 SHINTANI., et al. Abono orgánico fermentado, 24.p. 25 KAMEKO SORIA CR.; ver ref 4…. 4-5p.


16

4.5 Recolección de muestras En el momento de la recolección de los abonos orgánicos (semana 0), se tomaron tres

muestras de 0,5 kg de cada una de los abonos, para determinar la composición química

general.

Durante el experimento, las muestras de los lixiviados fueron recolectadas a las 2, 4, 6,

8, 10, 11, 12, 14 y 16 semanas de haber depositado los abonos (anexo 2 y 3). El

contenido de NO3- de las muestras se analizó por espectrofotometría ultravioleta según

el método 4500 – NO3- B, en el Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad

EARTH26. Así mismo, al final del experimento se realizó un muestreo de suelos para

evaluar la cantidad de NO3- y NH4

+ presente a 5 cm y 15 cm de profundidad, las

muestras se analizaron utilizando espectrofometría ultravioleta el NO3- y el NH4

+

utilizando un rango visible.

4.6 Método de análisis estadístico Los datos se analizaron como un factorial 2X3 (profundidad del lisímetro X abono) con

un análisis de varianza. Las medias fueron separadas por la prueba de LSD (p<0,05)

utilizando el programa estadístico SAS v. 8.0227. El modelo estadístico utilizado para el

análisis la lixiviación de NO3- fue un arreglo de tratamiento factorial, como se refleja a

continuación:

Yijkl= µ +Bh+Ti+Pj +(TP)ij +SK + (TS)ik+(PS)jk+(TPS)ijk + eijkl

µ: Efecto común de todas las unidades experimentales.

Bh Efecto del h bloque {h:1,2,3}

Ti Efecto del i tratamiento {i: 1,2,3}.

Pj. Efecto de la j profundidad {j: 60,90 cm}.

26 GREENBERG, AE., CLESERI, LS., EATON, AD. Standard methods for the examination…., 912.p. 27 SAS Institute. SAS Procedure Guide. 441p.


17

(TP)ij: Efecto de la interacción del i tratamiento por la j profundidad.

SK: Efecto de la k medición en la semana {K: 0,2,4,6,8,10,12,14 y 16 semana}.

(TS)ik: Efecto de la interacción del tratamiento i por la semana de medición k

(PS)jk: Efecto de la interacción de la profundidad j por la semana de medición k.

(TPS)ijk: Efecto de la interacción del tratamiento i por la profundidad j y por la semana de

medición k.

eijkl: Error aleatorio de la unidad experimental del i tratamiento, con la profundidad j y la

semana de medición k.

El procedimiento para la comprobación de la hipótesis se realizó mediante el análisis de

la varianza a través de las pruebas de comparación de Tukey (p< 0,05), el cual indica si

F es significativa entre al menos dos de los promedios.


18

5 Resultados y discusión

5.1 Evaluación de los abonos orgánicos El bokashi de FC fue el que presentó mayores cantidades carbono (C) y potasio (K), en

cambio el bokashi de FPI obtuvo valores altos en los nutrientes N, fósforo (P), calcio

(Ca), magnesio (Mg), hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn) y manganeso (Mn) (cuadro 1).

La poca presencia de nutrientes en el bokashi de FC se debe a que este es preparado

con la utilización de restos de banano y aserrín, los cuales tienen en su composición

mayores cantidades de potasio y carbono que del resto de los nutrientes.

Cuadro 1. Composición química del Bokashi de Finca Pecuaria Integrada y Finca Comercial

Abonos orgánicos C N P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn

…………………..........%........................................ ……………ppm……………………

Bokashi FC 51,6 1,7 0,2 3,5 0,5 0,2 337,3 2,7 10,0 76,0

Bokashi FPI 42,6 1,8 0,4 3,2 1,3 0,7 11358,3 33,3 69,0 528,3

El bokashi de FC presentó una relación C:N mayor que el bokashi de FPI (cuadro 2),

esto se debe a que el bokashi de FC es preparado con alta cantidad de aserrín, el cual

es utilizado en su elaboración para absorber el exceso de agua producida por el banano

de desecho. El aserrín en particular se caracteriza por tener alto contenido de C y bajo

contenido de N. Así mismo, se puede observar que el bokashi proveniente de FPI fue el

que aportó mayor cantidad de NO3-, 75 % más que el bokashi de FC, esto se debe a

que


19

el bokashi de FPI tiene un tiempo de estabilización un poco más rápido y por lo tanto

presenta mayor cantidad de nutrientes disponibles28.

En cuanto al NH4+, se puede observar que el bokashi de FC aportó 17 % más que el

bokashi FPI, esto se debe a que el bokashi FC tiene un tiempo de estabilización más

largo debido a su alta relación C:N inicial, lo que da como resultado una menor taza de

de mineralización, por lo que la forma de N predominante es el NH4+.

Cuadro 2. Contenido de NO3-, NH4

+ y relación C:N de los abonos Orgánicos producidos en la Universidad EARTH

Abono Orgánico C:N NO3- NH4

+

….………………ppm………………

Bokashi FC 30,20 72,01 306,77

Bokashi FPI 23,51 290,53 254,13

5.2 Precipitación durante el período de estudio Los datos de precipitación acumulada durante las semanas de evaluación fueron

proporcionados por la estación meteorológica de la Universidad EARTH, los cuales

demuestran una precipitación variable durante el período de estudio. Las mayores

precipitaciones ocurrieron durante las semanas 3, 4, 5, 6, 7, 13 y 15; siendo las

semanas 5 y 13 las de mayor precipitación con 324 mm y 98,7 mm, respectivamente

(figura 1).

28 CERRATO, ME., LEBLANC, HA., et al Tiempo de estabilización de bokashis…p. 165.


20

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Tiempo (semanas)

Prec

ipita

ción

(mm

)

Figura 1. Precipitación acumulada en la Universidad EARTH durante las 16 semanas del estudio (de junio a septiembre)

Se determinó la existencia de una relación directa entre los mayores eventos de

precipitación y las cantidades de NO3- lixiviadas (figuras 1 y 2). Se observó una

tendencia de obtener mayores cantidades de NO3- lixiviadas, después de cierto período

de precipitación. Añadido a esto, durante la recolección de las muestras, existió un

aumentó de la cantidad recolectada del lixiviado en la semana posterior de haber

ocurrido precipitaciones elevadas.

5.3 Lixiviación de NO3-

Al analizar la lixiviación de NO3--N a través de las 16 semanas del estudio, se determinó

que solo en la semana cuatro, el tratamiento testigo lixivió más NO3--N (P < 0,05) que

los bokashis de FC y FPI. La lixiviación de NO3- fue igual para todos los tratamientos

durante las otras semanas (figura 2). Este fenómeno se debió a que el suelo contiene

también NO3-, pero cuando ocurren grandes precipitaciones, éste se lava con mucho

más facilidad que el NO3- presente en los bokashis evaluados en este estudio; pues los


21

bokashis de FPI y FC tienen una relación C:N alta ocasionando un proceso de

inmovilización del N en el suelo y por ende una baja taza de mineralización,

presentando de esta manera menor susceptibilidad a sufrir lixiviación29.

a

a

a

aa

ab

a

a

aa

aaa

bc

a

a

a

a

a

a

c

a

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Tiempo (semanas)

Con

cent

raci

ón d

e NO

3- -N

(mg

L-1)

FPI

FC

Testigo

Figura 2. Lixiviación promedio (60 y 90 cm) de NO3--N de los abonos orgánicos

producidos en la Universidad EARTH. Barras con la misma letra dentro de la misma semana, no difieren estadísticamente (p<0,05)

Al analizar la lixiviación de NO3--N por profundidad, se encontró que no existió

diferencia significativa en la mayoría de las semanas; pero en las semana 4 y 16 hubo

una mayor lixiviación a los 60 cm (p< 0,05) que a 90 cm (figura 3). Este hecho se debe

a que el nivel freático pudo haberse mantenido 60 cm de profundidad durante esas

semanas.

29 KAMEKO SORICA, CR. ref 4. 18 p.


22

a

b

b

bb b

c

b b b b

b

b b

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Tiempo (Semanas)

Con

cent

raci

ón d

e NO

3- - N (m

g L-1

)

60 cm

90 cm

Figura 3. Lixiviación de NO3--N de los abonos orgánicos producidos en la

Universidad EARTH, a las profundidades de 60 y 90 cm. Barras con la misma letra dentro de la misma semana no difieren estadísticamente (p<0,05)

El bokashi de FC a los 60 cm del suelo presentó un promedio de 0,95 mg NO3--N L-1, el

bokashi de FPI un promedio de 1 mg NO3--N L-1 y el testigo con 0,94 mg NO3

--N L-1 Las

cantidades de NO3- lixiviadas de ambos abonos a esta profundidad fueron bajas. A los

90 cm el testigo presentó una lixiviación promedio de 0,95 mg NO3--N L-1, el bokashi de

FPI 0,51 mg NO3--N L-1 y el bokashi FC 0,46 mg NO3

--N L-1. Esto se debe

principalmente al contenido de N y a la relación C:N de estos abonos (cuadro 1 y 2), lo

que da como resultado una baja taza de mineralización y por ende una baja lixiviación

de NO3-. Además, las dosis de aplicación utilizadas están dentro de las recomendadas.

Los promedios de NO3--N en ambas profundidades nunca superaron los 10 mg L-1,

demostrando así la no existencia de contaminación por parte de los abonos producidos

en la universidad EARTH. Por consiguiente, es muy poco probable la contaminación de

los mantos acuíferos con NO3- al utilizar estos abonos orgánicos a las dosis correctas.


23

bc

a

ab

0

1

2

3

4

5

6

FPI FC Testigo

Tratamientos

Con

cent

raci

ón d

e NO

3- -N (m

g L-1

)

ab

bc

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

FPI FC Testigo

Tratamientos

Con

cent

raci

ón N

H4+ -

N (m

g L-1

)

5.4 Concentración de nitratos y amonio en el suelo El contenido total de NO3

--N en el suelo sólo fue diferente entre el bokashi FC y el

testigo (p < 0,002) (figura 4). El contenido total de NH4 +-N presentó una diferencia

significativa (p < 0,009) entre el tratamiento de FPI Y FC (figura 5). La presencia de

una mayor cantidad de NH4 +-N en el suelo donde se ubicó el tratamiento de FC, se

debió a que este bokashi en su composición presentó cantidades elevadas del mismo

en comparación al bokashi de FPI.

Figura 4. Contenido de NO3--N en el suelo del estudio, para los tres tratamientos

evaluados

Figura 5. Contenido de NH4 +-N en el suelo del estudio, para los tres tratamientos

evaluados


24

c

a

b

a

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

NO3-N (5 cm) NO3-N (15 cm) NH4-N (5 cm) NH4-N (15 cm)

Profundidad (cm)

Conc

entr

ació

n de

NO

3- -N y

NH

4+ -N (m

g L-1

)Las cantidades de NO3

--N presentes en el suelo a las profundidades de 5 y 15 cm no

presentaron ninguna diferencia (figura 6). Por otra parte el nutriente NH4 +-N presentó

una diferencia significativa (p<0,009) concentrándose en mayor cantidad a los 15 cm.

La forma de N predominante en el suelo fue el NH4 +-N, lo que es influenciado por la

alta precipitación de la zona; además, el NH4+ se queda adherido a las partículas de

arcilla del suelo y es menos móvil que el NO3-, por lo que el NO3

--N se desplazó en los

horizontes del suelo, aunque no constituye un riesgo de contaminación al utilizar los

abonos orgánicos producidos en la EARTH.

Figura 6. Cantidades de NO3--N Y NH4

+-N en el suelo del estudio a las profundidades de 5 y 15 cm


25

5.5 Conclusiones -Existe una baja lixiviación de NO3

- de los abonos orgánicos producidos en la

Universidad EARTH a la dosis recomendada de aplicación. La lixiviación NO3--N

ocasionada por los abonos orgánicos no representa un riesgo para la salud humana,

debido a que se encuentra muy por debajo del límite permisible de 10 mg L-1.

- La lixiviación de NO3- fue igual para todos los tratamientos a los 60 y 90 cm de

profundidad en la mayoría de las semanas del estudio.

5.6 Recomendaciones - Se recomienda realizar este estudio durante un período más largo, para ver la

lixiviación de NO3- de los abonos a más largo plazo.

- Evaluar algún cultivo para observar las cantidades de nutrientes que la planta absorbe

y las cantidades que se lixivian.


26

6 Lista de referencias bibliográficas

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29

7 Anexos

Anexo 1. Lisímetro instalado en una de las parcelas experimentales

Anexo 2. Forma de extracción de los lixiviados

30

Anexo 3. Recolección de muestras en las parcelas experimentales

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