Impacto del tratamiento pregerminativo de semillas de frijol negro con extractos derivados de Vermicompost reciclados

INTRODUCCIÓN

La política rectorada del Ministerio de la Agricultura de Cuba da un tratamiento priorizado a garantizar el soporte tecnológico para la conservación y el uso de los recursos fitogenéticos, así como para mejorar la calidad de las semillas para incrementar los rendimientos del sector agrícola (Gaceta Oficial de la República de Cuba, 2020Gaceta Oficial de la República de Cuba. (2020). La Política de Recursos Fitogenéticos y Semillas implementa el Lineamiento 160 de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. Gaceta Oficial de la República de Cuba, 57, 32p. http://www.gacetaoficial.gob.cu, La Habana, Cuba.). Actualmente se desarrolla un amplio plan inversionista de modernización que incluye plantas beneficiadoras de semillas donde se incorpora insumos que optimicen su calidad y la rentabilidad de los proceso productivos de los cultivos, lo cual garantiza la sostenibilidad de la producción Far More Tecnology (2017)Far More Tecnology. (2017). La Plataforma Tecnológica Far More de Tratamiento de Semillas. Syngenta.; aspecto que se generaliza en las compañías comercializadoras de semillas mundiales como opciones para poner a disposición de los productores semillas con calidad y con los agregados necesarios que garantizan la fluidez de la producción (OECD/FAO, 2020OECD/FAO. (2020). Perspectivas Agrícolas 2020‑2029. OECD Publishing. https://doi.org/10.1787/a0848ac0-es ).

Introducir esta alternativa en la producción de frijol negro (Phaseus vulgari L), el cual constituye un alimento de alta demanda popular sería ventajoso, pues en Cuba se siembran aproximadamente más de 45 000 ha/año de frijol negro, sin embargo, la producción no supera las 10 000 toneladas (ONE, 2020ONE. (2020). Servicios informativos de la oficina nacional. Anuario Estadístico. Agricultura, ganadería, silvicultura y pesca. Oficina Nacional de Estadísticas de Cuba. www.one.cu, La Habana, Cuba.). En momentos en que el país, precisa incrementar la producción de alimentos, reducir importaciones con la reducción de los costos de las producciones junto al recrudecimiento del bloqueo y la minimización del impacto del cambio climático (Abadia, 2018Abadia, R. L. A. (2018). La cosecha mecanizada de caña de azúcar. Apuntes básicos de mejoramiento. Conferencia Red agrícola Trujillo-Perú, agosto, 2018, Trujillo, Perú. https://www.redagricola.com/pe/assets/uploads/2018/08/1--luis-armando-abadia-optimizacion-de-cosecha-mecanica-de-cana-de-azucar.pdf.).

El tratamiento pregerminativo de las semillas con bioproductos obtenidos e\de residuos naturales compostados sería ventajoso para la activación del proceso de germinación al asegurar una emergencia más rápida y/o uniforme tras la siembra y la conservación de las mismas durante su almacenaje, facilitando un cultivo con un mejor control de enfermedades. La introducción de esta tecnología se encuentra entre las prioridades actuales del grupo de investigación Materia Orgánica y bioestimulantes (MOBI), del Dpto. de Química de la Universidad Agraria de La Habana, con el fin de diversificar y hacer más óptimas las vías de aplicación de los agromateriales. A partir de tales antecedentes el presente trabajo se elaboró con el objetivo de evaluar el efecto de extractos derivados de vermicompost reciclados sobre la calidad de semillas y plántulas de frijol negro (Phaseus vulgari L) Var. ICA Pijao, a través de tratamientos pregerminativos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron semillas certificadas de frijol negro (Phaseus vulgari L) de la variedad ICA Pijao línea 32 mejorada, siendo una de las principales cultivares comerciales de frijol negro en Cuba (Minag, 2000Minag. (2000). Instructivo Técnico para el cultivo del frijol. Lista oficial de variedades comerciales (primera). CIDA, La Habana, Cuba.). Fueron obtenidas a través del Programa de Mejoramiento Genético del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA). Presentan un porcentaje de germinación de un 86%, de humedad de un 12% y masa promedio de 19,3 - 20 g evaluado para 100 semillas. Se desinfestaron las semillas con disolución de hipoclorito de sodio al 1%, para realizar su evaluación.

Los extractos utilizados fueron obtenidos a partir del proceso de extracciones sucesivas del vermicompost de estiércol vacuno, referidos por (Otaño, 2017Otaño, L. C. (2017). Estudio cuantitativo y cualitativo de agromateriales obtenidos del vermicompost [Tesis en opción al título de Ingeniero Agrónomo]. Universidad Agraria de La Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”, Facultad de Agronomía, Departamento de Química, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.), donde se integraron metodologías de extracción antes establecidas (Caro, 2004Caro, I. (2004). Caracterización de algunos parámetros químico-Físico del humus líquido obtenido a partir de vermicompost de estiércol vacuno y su evaluación sobre algunos indicadores biológicos y productivos de dos cultivos [Tesis de maestría en opción al título de Máster en Ciencias de la Química Agraria]. Universidad Agraria de La Habana.; Calderín, 2009; Hernández, 2010; Mesa, 2011), citadas por dicha autora (Otaño, 2017Otaño, L. C. (2017). Estudio cuantitativo y cualitativo de agromateriales obtenidos del vermicompost [Tesis en opción al título de Ingeniero Agrónomo]. Universidad Agraria de La Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”, Facultad de Agronomía, Departamento de Química, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.). Aportó las propiedades físico-químicas del vermicompost (Vc) y sólidos residuales de la primera (SR1) y segunda extracción (SR2), utilizados como materia prima, para obtener extractos reciclados (E1, E2, E3), las que se reflejan en la Tabla 1. En este trabajo se adiciona una nueva formulación de extracto obtenido de la combinación de iguales volúmenes de los extractos E1, E2, E3, cuya mezcla se denotó como Mz4.

Las características de estos extractos se corresponden con los rangos establecidos en la literatura para productos de origen orgánico y grado de humificación a partir de un 25% según (De Liñán, 2019De Liñán, V. C. (2019). Vademecum de productos fitosanitarios y nutricionales (primera). Ed. Agrotecnias S.A.), utilizados como bioestimuladores de los cultivos, los cuales favorecen consecuentemente un aporte de nutrientes. Se destaca los valores de pH que muestran su carácter básico derivado de su proceso de extracción. Aspecto que no es preocupante debido a que sus aplicaciones se realizan a altas diluciones en agua, disminuyendo a valores próximos a la neutralidad su pH, lo cual evita daños a las semillas tratadas. El contenido de Na, K, Ca y P adecuado lo cual tiene un efecto beneficioso en el aporte de nutrientes al cultivo de frijol (Arteaga et al., 2018Arteaga, B. M., Garcés, P. N., Pino, R. J. A., Otaño, C. L., & Veubides, A. H. (2018). Extracto de vermicompost Liplant una alternativa para el desarrollo de la agricultura de conservación. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27(3), 31-41.). El porciento de carbono orgánico total y humificado se corresponde con el rango entre un 50% establecidos en los extractos humificados de acuerdo a lo referido en el Vademecum de (De Liñán, 2019De Liñán, V. C. (2019). Vademecum de productos fitosanitarios y nutricionales (primera). Ed. Agrotecnias S.A.); el cual señala para estos productos un grado de humificación y madurez elevado de la materia humificada, esto se corresponde con los valores de los coeficientes óptico E4/E6 y los índices de evolución (IE) de los extractos encontrados sugieren un grado de condensación y estabilidad (IE) superior de la materia humificada (Tabla 1), demostrando la calidad de la materia orgánica presente en los extractos (Caro, 2004Caro, I. (2004). Caracterización de algunos parámetros químico-Físico del humus líquido obtenido a partir de vermicompost de estiércol vacuno y su evaluación sobre algunos indicadores biológicos y productivos de dos cultivos [Tesis de maestría en opción al título de Máster en Ciencias de la Química Agraria]. Universidad Agraria de La Habana.; Du Jardin, 2015Du Jardin, P. (2015). Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae, 196, 3-14.). Como se puede apreciar en la Tabla 1, las propiedades de la mezcla formada (E4), no se diferencian significativamente de sus extractos de origen, cumpliendo también con los requisitos establecidos para la categoría de bioestimulante (De Liñán, 2019De Liñán, V. C. (2019). Vademecum de productos fitosanitarios y nutricionales (primera). Ed. Agrotecnias S.A.), los que pueden ser utilizados en el tratamiento de semillas a altas diluciones.

Los experimentos se llevaron a cabo en los laboratorios del Departamento de Química de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana. El procedimiento seguido para la realización de la investigación consta de tres etapas fundamentales: (I) tratamiento pre-germinativo de las semillas. (II) evaluación calidad física y fisiológica de las semillas tratadas a las 3 h, 6 h y 24 h de ser inhibidas (III) evaluación del efecto de semillas tratadas con los extractos en la primera etapa de la fase vegetativa del cultivo (Fig. 1). La selección de las diluciones de los extractos utilizadas, se tuvo en cuenta las referencias dadas para la extracción primaria del vermicompost de estiércol vacuno en el cultivo de tomate y frijol negro citados por (Arteaga et al., 2018Arteaga, B. M., Garcés, P. N., Pino, R. J. A., Otaño, C. L., & Veubides, A. H. (2018). Extracto de vermicompost Liplant una alternativa para el desarrollo de la agricultura de conservación. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27(3), 31-41.).

De acuerdo con esto, se constituyeron los tratamientos que se deben a la interacción de los efectos del origen (SR) del extracto reciclado (1ra, 2da o 3ra extracción), dilución utilizada (1:30, 1:40 o 1:60 V: V) y tiempo de inmersión de las semillas donde ocurrieron las máximas absorciones (3h, 6h, 16h y 24h), los que se reflejan en la Figura 1. Los tratamientos se ubicaron en una campana con iluminación constante, siguiendo un diseño experimental totalmente aleatorizado como se refleja en la Figura 1. Se añadieron 20 semillas previamente lavadas en el momento del montaje con agua destilada hervida y de masa aproximada de cuatro gramos en frascos de cristal con capacidad de 250 mL que contienen 100 ml de los tratamientos.

Los indicadores de calidad para evaluar la calidad física y fisiológica de las semillas tratadas aparecen descritos en la Tabla 2, se integraron según referencias aportadas por Araméndiz et al. (2017)Araméndiz, T. H., Cardona, A. C., & K Alzate, R. (2017). Prueba de conductividad eléctrica en la evaluación de la calidad fisiológica de semillas en berenjena (Solanum melongena L.). Scientia Agropecuaria, 8(3), 225-231.; FAO (2017)FAO. (2017). Evaluación de la Seguridad de Semillas (primera). Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO, Roma, Italia.; Fiant et al. (2018)Fiant, E. S., Núñez, S. B., Pereyra, M. S., Bruno, C. I., & Tablada, E. M. (2018). Manual de buenas prácticas para la evaluación de calidad de semillas incrustadas de Gatton Panic. UNC-FCA.; ISTA (2020)ISTA. (2020). International rules for seed testing (primera). ISTA..

La valoración económica cualitativa se evaluó a partir de los beneficios aportados por la aplicación del extracto sobre la base de la extrapolación de los efectos de la actividad biológica del extracto de la E1 (primera extracción) en su acción bioestimulante en la duración de las etapas de germinación y primera vegetativa del cultivo de frijol negro, así como en la calidad de las semillas y plántulas obtenidas (biomasa formada), según referencias (Arteaga et al., 2018Arteaga, B. M., Garcés, P. N., Pino, R. J. A., Otaño, C. L., & Veubides, A. H. (2018). Extracto de vermicompost Liplant una alternativa para el desarrollo de la agricultura de conservación. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27(3), 31-41.).

Los análisis estadísticos de los resultados se realizaron con el programa estadístico Statgraphics 5.1 y se les aplicó un de análisis de varianza (ANOVA) y una prueba de contraste múltiple de Tukey al 5%. Se realizaron transformaciones (√n+1) a las variables que lo requerían: conteo de número de semillas germinadas y plántulas. Se establecieron interacciones entre el origen del extracto (número de extracciones E1, E2 y E3), diluciones (1:30, 1:40 y 1:60 V: V) y tiempo de inmersión de las semillas (3,6 y 24 h), para determinar el factor que más incide sobre el% de humedad de las semillas, la germinación de las mismas y los índices de crecimiento de las plántulas obtenidas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La tasa de imbibición de las semillas alcanzada a partir del valor medio absorbido por un gramo de las mismas en el intervalo de tiempo de una hora, para cada tratamiento en una dinámica durante 24 h se refleja en la Figura 2.

En la dinámica de la tasa de imbibición obtenida para cada tratamiento, se pudo apreciar claramente el patrón trifásico referido para dicho proceso, el cual refleja en términos generales la relación proporcional existente entre la tasa de imbibición y el tiempo de inmersión de las semillas (González et al., 2018González, A. L. J., Pita, B. E., Pinzón, S. E. H., Cely, G. E., & Serrano, P. A. (2018). Efecto de tratamientos pregerminativos en semillas de Dianthus barbatus L. cv.‘Purple’bajo condiciones controladas. Revista de Ciencias Agrícolas, 35(1), 58-68. http://dx.doi.org/10.22267/rcia.183501.83 ).

En la Fase I (imbibición) de manera general ocurre un incremento rápido de la absorción de la disolución de imbibición (g·abs·h^-1·s^-1), con mayor manifestación en los extractos E2 y E3 (2 - 2,25) con relación a E1, E4 (˂0,1) y el control agua (≈0,1). Por lo general, todos los extractos con diluciones más altas mostraron mayor expresión en la absorción (1:40 y 1:60), con excepción de 1:30 para E1. Parece ser que las variaciones encontradas entre los tratamientos pudieran estar dadas por diferencias en el potencial hídrico entre la semilla y la solución de imbibición dependiente de cada extracto por su naturaleza y composición muy heterogénea. Considerando que los extractos al obtenerse con extracciones consecutivas degradativas, pueden extraer fracciones con diferente complejidad, composición y carácter hidrofílicas, entre ellas los coloides presentes como proteínas y sustancias humificadas (Nardi et al., 2016Nardi, S., Pizzeghello, D., Schiavon, M., & Ertani, A. (2016). Plant biostimulants: Physiological responses induced by protein hydrolyzed-based products and humic substances in plant metabolism. Scientia Agricola, 73, 18-23.).

La Fase II (meseta) está caracterizada por la activación del metabolismo y movilización de los nutrientes con una duración entre 4 - 8 h (Morales et al., 2017Morales, S. M. E., Peña, V. C. B., García, E. A., Aguilar, B. G., & Kohashi, S. J. (2017). Características físicas y de germinación en semillas y plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) silvestre, domesticado y su progenie. Agrociencia, 51(1), 43-62.). Sin embargo, para los tratamientos con extractos alcanzó 12 h y se manifiestó de forma variable entre ellos (Figura 2); aspecto que puede corresponder con lo antes explicado. La Fase III se manifiesta más claramente para E4, etapa donde refieren que comienza el proceso de germinación de la semilla. De manera general los extractos mezclas E4 son superiores, seguido de E3 y E1 y el control.

En la Figura 3 se aprecia la humedad adquirida por las semillas en los tres períodos de imbibición de manera general para las semillas embebidas y el control se alcanzan valores menores cercanos a un 20% con excepción del E230 a las 24 h. Son superiores a los referidos por (Maqueira et al., 2017Maqueira, L. L. A., Rojan, H. O., Mesa, P. S. A., & Torres de la Noval, W. (2017). Crecimiento y rendimiento de cultivares de frijol negro (Phaseolus vulgaris L.) en la localidad de Los Palacios. Cultivos Tropicales, 38(3), 58-63.), que obtuvieron imbibiciones con fácil adsorciones en 36 variedades diferentes de frijoles en un 10% humedad, para niveles inferiores a éste las testas de las semillas se tornaron impermeables, por lo que deben ser conservados con humedades cercanas al 12 - 14%. Las imbibiciones entre 3 - 6 h para los extractos E3 y E4 en todas las diluciones cumplen esta condicionante.

De acuerdo con esto, sería recomendable para realizar el pre tratamiento por imbibición de las semillas hacer un control de la humedad de las semillas previamente, pues este parámetro sugiere el éxito de un período de almacenamiento adecuado con un deterioro mínimo para lograr mayor productividad de las semillas cuando ocurra su siembra (Maqueira et al., 2017Maqueira, L. L. A., Rojan, H. O., Mesa, P. S. A., & Torres de la Noval, W. (2017). Crecimiento y rendimiento de cultivares de frijol negro (Phaseolus vulgaris L.) en la localidad de Los Palacios. Cultivos Tropicales, 38(3), 58-63.), aspecto de suma importancia para países como Cuba donde la humedad relativa del aire es elevada (80 - 81%), que humedecen el grano. La capacidad hidrolitica (CH) se mantuvo superior en los extractos (35 - 40%), la cual se incrementó indistitamente con la dilución con respecto al Control (32%).

Los valores medios del pH, la CE y los SDT en los lixiviados en diferentes momentos de inmersión estudiados para cada tratamiento se reflejan en la Figura 4.

A las 3 h de inmersión los tratamientos con extractos mantienen los valores medios de pH de entre 6 y 7 (rango de neutralidad), sin diferenciarse del control con agua bidestilada. Sin embargo, para el E1 en las diluciones más concentradas se acercan más 6, de la misma forma para cuando se aumenta el tiempo de imbibición para 6 y 16 h, con excepción de E230 y E330 principalmente a las 6 h. De acuerdo con esto según lo asentado en la literatura Araméndiz et al. (2017)Araméndiz, T. H., Cardona, A. C., & K Alzate, R. (2017). Prueba de conductividad eléctrica en la evaluación de la calidad fisiológica de semillas en berenjena (Solanum melongena L.). Scientia Agropecuaria, 8(3), 225-231., sobre los exudados de frijoles, los valores de pH < 5,8 caracterizan semillas que tiene afectado su vigor, refieren como una posible causa la baja capacidad de transporte de proteínas en la membrana celular para controlar la exportación de electrolitos. Se corresponden los resultados del pH con los de la conductividad eléctrica CE (300-600 mS·cm^-1), SDT (150- 300 Mg·L^-1) y% salinidad (0.02 - 0.03) de los exudados, con valores que al incrementarse para los tratamientos antes mencionados tienden hacia la acidez, manteniéndose en rangos no perjudiciales significativamente para las semillas (Araméndiz et al., 2017Araméndiz, T. H., Cardona, A. C., & K Alzate, R. (2017). Prueba de conductividad eléctrica en la evaluación de la calidad fisiológica de semillas en berenjena (Solanum melongena L.). Scientia Agropecuaria, 8(3), 225-231.).

Los valores de CE a las 16 h de imbibición pudieran llegar afectar el vigor y la viabilidad de las semillas, por lo que este tratamiento de la semilla no sería recomendable, considerando que la CE es considerada una prueba de vigor indirecta efectiva que sugieren alteraciones en las membranas citoplasmáticas, en estadios tempranos del deterioro de las semillas. Estos resultados indican como más promisorio el E2 y E3 a diluciones de 1:40 y 1:60 v: v con 3 h de inmersión.

En la Figura 5, se presenta el contenido de masa seca en cada tratamiento en los tres períodos de inmersión de las semillas.

Al analizar los valores medios de las masas secas obtenidas en cada tratamiento en los diferentes momentos de inmersión, se encontraron diferencias significativas entre el control y los de extractos de vermicompost y entre estos últimos. Se aprecia que los extractos E2 y E3 son los que más aportan formación de biomasa en las semillas en la etapa de 3 - 6 h, lo cual se corresponde con los resultados anteriores. La mayor masa encontrada es una de las ventajas que los fundamentan y que sugieren el superior contenido de reservas en las semillas de estos tratamientos más promisorios, que pudieran suministrar para el crecimiento inicial y el establecimiento de las plántulas (Ruiz et al., 2018Ruiz, S. M., Muñoz, H. Y., Guzmán, D., Velázquez, R. R., Díaz, L. G. S., Martinez, A. Y., & Almeida, F. M. (2018). Efecto del calibre semilla (masa) en la germinación del sorgo. Cultivos Tropicales, 39(4), 51-59.).

CONCLUSIONES

Se determinó el efecto bioestimulante de la aplicación de tratamientos pregerminativos con diluciones de extractos reciclados en la mejora de la calidad de semillas de frijol negro (P. vulgaris L.) var. ICA Pijao.

Los tratamientos pregerminativos en semillas de frijol negro más promisorios (extracto, dilución y tiempo de inmersión) fueron fundamentalmente el E240, E260, E330 con un tiempo de inmersión de 3 h, al incrementar la germinación estándar de las semillas y calidad de las mismas. Los resultados sugieren la posibilidad de la utilización de estos extractos a diferentes concentraciones como formulaciones bioestimulantes promotoras de la germinación de las semillas y en la primera etapa vegetativa del cultivo.