Tierra Tropical (2011) 7 (2): 153-163

FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE FERTILIZANTES FOLIARES EN GEL PARA EL CULTIVO DE PIÑA (Ananas comosus) L. Coba y B.K. Singh1 Universidad EARTH Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica Recibido 4 de diciembre 2010. Aceptado 25 de julio 2011.

RESUMEN La piña (Ananas comosus) es un cultivo que requiere un plan de fertilización compleja y costosa debido a la expectativa de alto rendimiento. Una gran parte de la nutrición se aplica vía foliar. Actualmente los fertilizantes foliares disponibles en el mercado presentan baja tasa de absorción y lavado por el exceso de lluvias. Los fertilizantes foliares en gel son productos con mayor concentración, mayor cantidad de elementos, alta capacidad de adherencia y menor lavado por el exceso de lluvia. El objetivo de esta investigación fue evaluar la efectividad de los fertilizantes foliares en gel en la producción del cultivo de piña. En este estudio se identificaron y evaluaron diferentes agentes gelificantes y se seleccionó el mejor de acuerdo a sus propiedades químicas y físicas. Después, se realizaron varias mezclas y formularon dos fertilizantes foliares en gel. Finalmente, se evaluó el efecto de los productos en piña en campo. Los resultados indicaron que la goma guar al 0,5 % fue el mejor agente gelificante y las formulaciones fueron compatibles, fácil de aplicar y no se precipitaron ni formaron grumos. Los cuatro tratamientos no presentaron diferencias significativas en el número de hojas ni la biomasa radical y foliar. La formulación en gel donde se aplico la mitad de la dosis de fertilizantes recomendado comercialmente mejoró la eficiencia de absorción y redujo el costo de fertilización al tener el mismo efecto que otras formulaciones. La aplicación de fertilizantes foliares en gel es una opción viable para la nutrición del cultivo de piña. Palabras clave: Ananas comosus, biomasa, fertilizante, foliar, gel, goma, piña, producto. ABSTRACT The pineapple (Ananas comosus) is a crop that requires a complex and costly fertilization plan due to the high yield expectation. A large part of nutrition is supplemented through foliar applications. Foliar fertilizers currently in the market have low absorption rate and are washed off easily by excessive rain. Gel foliar fertilizers can be formulated with higher concentration and multiple elements. They quickly adhere to leaves, and are not easily washed off by rain. The objective of this study was to evaluate the effectiveness of gel foliar fertilizers for pineapple production. This study identified and evaluated different gel forming compounds available in the market. The best selection was used to formulate gel based foliar fertilizer. These fertilizers were evaluated in the field. The results indicated that the guar gum at 0,5 % was the best gel agent and the formulations were compatible, easy to apply and did not form lumps. The four treatments showed no significant differences in the number of leaves, root and leaf biomass. The treatment which received half of the recommended fertilizer with gel produced similar biomass as those receiving normal recommended fertilizer. It appears that gel in foliar fertilizer application can 1

Contacto: B.K. Singh ([email protected])

ISSN: 1659-2751

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improve fertilizer absorption efficiency and reduce the cost. The application of foliar fertilizers in gel is a viable option for the nutrition of pineapple. Key words: Ananas comosus, biomass, fertilizer, leaf, gel, adhesive, pineapple, product. INTRODUCCIÓN Piña (Ananas comosus) es uno de los principales cultivos de exportación que generan importantes ingresos en Costa Rica; sin embargo, es necesario prestar atención a los efectos de su producción. Dentro de las preocupaciones que existen sobre la producción de piña en el trópico húmedo está la complejidad y el costo de la fertilización debido a que el manejo del cultivo tradicionalmente se ha fundamentado en el uso de tecnologías que requieren de altos insumos, los cuales tienen un impacto ambiental severo. Los insumos que más se emplean en el cultivo de piña son los fertilizantes foliares puesto que requiere fertilización foliar en la mayoría de su ciclo. Los productos disponibles en el mercado son aptos pero tienen baja concentración de nutrientes, tasa de absorción reducida y se lavan por el exceso de lluvias. No obstante, las plantas continúan sin aprovechar al máximo los nutrientes. La piña es una planta herbácea perenne que pertenece a la división monocotiledóneas, clase Liliopsidae, orden Bromeliales, familia Bromeliaceae y subfamilia Bromelioideae (Coppens y Leal, 2003), se caracteriza por tener el 80 % de la masa vegetal en las hojas y mantener el contenido de nutrientes en los tejidos de acuerdo a la edad (Malézieux et al., 2003). Según Jiménez (1999), la piña tiene una gran demanda nutricional que se suple mediante aplicaciones de fertilizantes al suelo en los primeros meses después de la siembra, a partir del tercer mes se realiza en forma foliar hasta antes de la inducción floral debido a que la planta absorbe los nutrientes principalmente a través de las hojas. El programa de fertilización obedece a una serie de factores como indicaciones del análisis de suelos, densidad de siembra y número de cosechas por ciclo. El N es el macronutriente más importante para el cultivo de piña puesto que forma muchos compuestos en la planta como la proteína y es un componente primordial en la clorofila y las hormonas, en las primeras etapas del desarrollo su deficiencia no detiene el crecimiento pero se ve afectado en etapas posteriores si no se suministra. La función del K está relacionada con la síntesis de proteínas y principalmente con los carbohidratos, ya que actúa directamente sobre la fotosíntesis. El Ca en la planta se combina con el ácido péptico para formar peptato de calcio, la sustancia que cimenta las paredes adyacentes de las células, su deficiencia produce uniones débiles entre las células y evita la formación de nuevas células. El Mg forma parte de la molécula de clorofila y por lo tanto, es esencial para el crecimiento de todas las plantas verdes. El P cumple un papel importante en la transformación de la energía dentro de la planta debido a que se encuentra en la planta como un componente de los azúcares fosforilados, las grasas y nucleoproteínas. El S constituye algunas proteínas, aceites y otros compuestos orgánicos; tiene que ver con la formación de la clorofila puesto que las plantas deficientes en azufre se ven cloróticas (Jiménez, 1999). Por otro lado, el Fe, Cu, Mn y Zn son micronutrientes que funcionan como parte de los sistemas enzimáticos esenciales en la planta. El Mb desempeña un papel significativo en el metabolismo del N debido a que no puede ser utilizado del nitrato directamente, primero debe ser reducido a la forma NH4+ y después, formar parte de algún compuesto orgánico; reducción donde es necesario

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el Mb. El B se relaciona con los sistemas enzimáticos y la translocación de carbohidratos dentro de la planta (Jiménez, 1999). Según Py (1969) si la planta no encuentra en la solución del suelo un equilibrio entre los elementos que la impregnan (pueden ser diferentes de los elementos constitutivos de la planta) se observa la deficiencia en uno o varios de ellos mediante síntomas foliares, los cuales permiten obtener un diagnóstico inmediato y posteriormente, corregir la deficiencia. Para proveer el Mg se realizan una serie de aplicaciones foliares de sulfato de magnesio (sales de Epsom) que se aplican en combinación con otros elementos como Fe o Zn, asimismo son posibles las aplicaciones foliares de Ca(NO3)2 o CaCl2. En el caso del B no debe aplicarse en combinación con cualquier otro nutriente, sino que debe ser aplicado en una o dos aplicaciones foliares (Hepton, 2003). Salas (2002) alude a la fertilización foliar como la más común para corregir las deficiencias de los microelementos ya que las dosis aplicadas son menores que las realizadas al suelo; estos nutrientes penetran las hojas mediante los estomas, presentes en el haz o envés, y/o los ectodermos que producen espacios vacios al dilatarse la cutícula. De igual forma, Castillo (1999) señala que existen aspectos que están directamente relacionados con una aspersión eficiente y homogénea de un fertilizante foliar y de mezclas o cocteles de fertilizantes foliares con fungicidas dentro de los cuales están: dureza y pH de las aguas, metodología utilizada en la mezcla, forma y tiempo de agitación, tipo de fertilizante utilizado, calidad de las materias primas y clase de fungicida y emulsificante. Santos y Aguilar (2000) concluyen en su investigación que la fertilización foliar es realmente un apoyo o respaldo a la fertilización edáfica para sobrepasar los rendimientos sub-óptimos puesto que es una realidad en la nutrición de los cultivos. Esta práctica al ser utilizada adecuadamente optimiza la capacidad productiva de las cosechas tanto de gramíneas, leguminosas, hortalizas, plántulas de vivero, frutales y especies forestales. Investigaciones desarrolladas por Cardenal y Naranjo (2005) en Costa Rica identificaron que la gelatina, pectina, poliacrilamida y goma guar eran agentes gelificantes viables para la fabricación de fertilizantes foliares en gel debido a que le daba la textura deseada al producto requerido y que en concentraciones menores al 1 % el gel era menos viscoso y más soluble en agua. Igualmente, encontraron que los fertilizantes foliares donde utilizaron goma guar al 0,5 % como agente gelificante mostraron resultados favorables al ser comparados con algunos fertilizantes convencionales existentes en el mercado y que la formulación en gel no afecta el aprovechamiento del fertilizante por parte de las plantas. Encontraron algunas variaciones en los diferentes tratamientos evaluados en maíz plantado en macetas, los macroelementos con diferencias fueron K, Ca y Mg, mientras que el único microelemento fue el Cu. A pesar de esas investigaciones, se requiere de mayor información acerca de los fertilizantes foliares en gel y su efecto durante el desarrollo de las plantas, así como de sus rendimientos. Al igual que afirma Santos y Aguilar (1999), aunque existen diferentes trabajos de fertilización foliar que han demostrado repuesta positiva en los cultivos, se hace necesario llevar a cabo más investigaciones en busca de optimizar la capacidad productiva utilizando la fertilización foliar como complemento de la fertilización al suelo. El objetivo de esta investigación fue evaluar la efectividad de los fertilizantes foliares en gel en la producción del cultivo de piña. En este sentido, se evaluaron las propiedades de cada uno de los materiales gelificantes, la composición de los fertilizantes foliares en gel y el efecto de las formulaciones en el cultivo de piña. La

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producción de fertilizantes foliares en gel, como parte de una tecnología relativamente nueva, tiene como resultados positivos: disminución del uso de fertilizantes al realizar las aplicaciones con menor frecuencia. Esto se logra facilitar y reducir los costos de fertilización foliar en el cultivo piña, razón que justificó el desarrollo de esta investigación. MATERIALES Y MÉTODOS Esta investigación se realizó en la Universidad EARTH, ubicada en las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica. Para identificar los diferentes materiales gelificantes se consultó e investigó en la literatura sobre las características de plantas como okra y productos como carbopol, alginatos y gomas (xantana, guar, karaya, tara, gellan, tragacanto, arábiga y garrofin) que son utilizados en diferentes industrias para gelificar. Una vez identificados, se evaluó su disponibilidad y accesibilidad. Se evaluó la capacidad de cada matriz gel como agente gelificante. Luego, se buscó el procedimiento más eficiente para aprovechar al máximo las propiedades gelificantes de cada material, de forma tal que se utilizaron diferentes concentraciones, proporciones, mezclas entre materiales y orden de agregación. Posteriormente, se valoró la apariencia y consistencia de los fertilizantes foliares en gel de forma cualitativa mediante la observación de los siguientes parámetros: pH, conductividad eléctrica, solubilidad en agua, velocidad de solubilidad y cortado, viscosidad, formación de grumos y homogeneidad. Se seleccionaron los fertilizantes que usualmente se utilizan en plantaciones comerciales de piña debido a que contienen los macro y micronutrientes que el cultivo requiere, los cuales al estar mezclados debían ser solubles y compatibles. El acido etilendiaminotetraacético o EDTA, agente quelante que puede formar complejos con un metal existente en una estructura octaédrica, se aplicó para facilitar la absorción foliar. Se creó una solución buffer, disolución que mantiene el pH constante, utilizando ácido cítrico. La lisina fue utilizada por ser un quelatante natural de promedio poder de interacción con los cationes polivalentes y formar parte de proteínas que los seres vivos pueden sintetizar. El agente gelificante utilizado fue el que presentó las mejores características para la formulación de fertilizantes foliares en gel. Las formulaciones obtenidas se describieron mediante cuadros comparativos teniendo en cuenta la cantidad de urea, KNO3, MgSO4, FeSO4 y ZnSO4, EDTA, ácido cítrico, lisina, agente gelificante y agua. La unidad experimental de campo fueron parcelas de piña MD2 en un área total de 126 m 2. El diseño comprendió de cuatro tratamientos: normal (T1), gel + ½ normal (T2), gel + normal (T3) y 2 x normal (T4) con cuatro repeticiones. Cada parcela tenía 26 plantas, para un total de 416 plantas. La siembra se llevó a cabo dejando una distancia entre hileras de 0,40 m y entre plantas de 0,25 m. Las parcelas fueron evaluadas por un periodo de 28 semanas. Se tomaron dos muestras de suelo, una al iniciar la siembra de piña y otra al terminar las evaluaciones de los fertilizantes foliares. Igualmente, se realizaron dos muestreos foliares a todos los tratamientos con sus respectivas repeticiones a los cinco y siete meses de la siembra para determinar el contenido de nutrientes en las hojas de las plantas. La hoja muestreada fue la hoja “D” cuya base es cuadrada; es la hoja más larga. La muestra fue tomada 15 días después de la tercera y sexta aplicación de fertilizante foliar y el número de plantas a muestrear fue de 10 plantas elegidas completamente al azar por unidad experimental.

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Se efectuó un análisis químico regular (pH, AE, K, Ca, Mg, P, Fe, Cu, Zn, Mn) de las muestras de suelo y para las foliares un químico regular (K, Ca, Mg, P, N, Fe, Cu, Zn, Mn) con el fin de determinar los estados generales de las plantas de piña. La medición de biomasa se realizó con 16 plantas por tratamiento, de las cuales se obtuvo la biomasa foliar húmeda y seca, el número de hojas por cada planta y el peso húmedo y seco de las raíces. A partir de estos datos sólo se seleccionaron 56 pares para realizar el análisis de varianza y un análisis de correlación entre la biomasa radical y foliar seca. Los resultados cuantitativos obtenidos durante la investigación se analizaron mediante el programa Infostat (Di Rienzo et al., 2010) con un nivel de confianza de 95 %. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Como resultado de la investigación se logró identificar y obtener materiales gelificantes estables y con potencial para gelificar como agar-agar, carragenina, pectina, gelatina, carboximetilcelulosa (CMC), carbopol, goma guar y xanthan, los cuales son usados frecuentemente en otras industrias como alimentos. Sin embargo, algunos materiales presentaron limitantes como fue el caso del agar-agar al tener un costo de 54.600 CRC (US$ 110) en presentación de 454 g y el carbopol al costar 23.000 CRC/kg (US$ 46/kg). En el caso de la pectina aunque puede formar geles requiere de un rango de pH entre 3,0 y 3,5 para funcionar, y la gelatina necesita estar a más de 80 °C para que se expanda y forme el gel. Por estas razones, los materiales con limitantes fueron descartados para su uso en la mezcla de fertilizantes foliares en gel. Se determinó el comportamiento de carragenina, carboximetilcelulosa, goma xanthan y goma guar ante cada uno de los parámetros requisitos para un potencial material gelificante (Cuadro 1). La carragenina tuvo poca viscosidad, el carboximetilcelulosa presentó formación de grumos y homogeneidad, solo después de cierto tiempo de haberla disuelto en el agua. La goma xanthan no fue homogénea y mostró formación de grumos en cantidad considerable mientras que la goma guar fue homogénea, viscosa y no mostró formación de grumos (Cuadro 1). Todos los productos presentaron solubilidad en agua y una velocidad de cortado de un segundo. La tendencia de las características se mantuvo aún cuando cambia la concentración de cada uno de los matrices gel. Finalmente, se comprobó que la goma guar tiene las mejores propiedades para formular los fertilizantes foliares en gel. Cuadro 1. Propiedades de los productos como matriz gelificante. Concentración C.E. Formación pH Solubilidad† Viscosidad‡ Homogeneidad (%) (µS/cm) de grumos Carragenina: 0,25 8,05 0,50 8,55 0,75 8,53 Carboximetil-celulosa: 0,25 6,50 0,50 6,83 0,75 6,70

379 740 1100

R R R

4 4 4

No No No

Si Si Si

402 948 1162

M M M

2 2 2

Si Si Si

Si Si Si

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Concentración (%)

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pH

C.E. Formación Solubilidad† Viscosidad‡ Homogeneidad (µS/cm) de grumos

Goma xanthan: 0,25 5,89 99 L 0,50 5,05 200 L 0,75 5,05 272 L Goma guar: 0,25 6,75 32 R 0,50 6,55 53 R 0,75 6,26 76 R † Velocidad: rápida, moderada o lenta. ‡ Escala de 1 a 4, donde 1 es la solución menos viscosa.

1 1 1

Si Si Si

No No No

3 3 3

No No No

Si Si Si

Según Cheftel et al. (1989) la goma guar proviene del endospermo de la semilla de la leguminosa guar (Cyamopsis tetragonolobus). La goma guar tiene una estructura relativamente lineal que le permite producir soluciones viscosas y estables aún en bajas concentraciones (1 %) son muy tixotrópicas. La goma guar tiene estabilidad en su viscosidad al tener ramificaciones laterales que se oponen a la cristalización entre las moléculas. El costo de la goma guar es de 3.824 CRC/kg (US$ 7.65/kg). La elección de los fertilizantes se hizo con base en los requerimientos de micronutrientes del cultivo de piña y tomando en cuenta paquetes tecnológicos de productores de piña de la zona. Los fertilizantes utilizados fueron urea, KNO3, MgSO4, FeSO4 y ZnSO4. El quelatante elegido fue EDTA por ser el más utilizado para facilitar la absorción. El regulador de acidez usado fue el ácido cítrico para crear una solución buffer y el aminoácido fue lisina. El matriz gel empleado fue la goma guar en una concentración del 0,5 % para que fuera viscoso pero fácil de aplicar. En la formulación de dos fertilizantes foliares en gel para el cultivo de piña se determinó la cantidad de producto para cada una de las repeticiones del tratamiento. Los productos tienen alta concentración de sustancias nutritivas, son compatibles, homogéneos y estables (Cuadro 2). Los componentes de las formulaciones representan una variedad de nutrientes, los cuales aplicados directamente a las hojas deben suplir la materia prima para la síntesis de proteína, carbohidratos y otros compuestos esenciales con el fin de producir plantas vigorosas. Cuadro 2. Formulación de dos fertilizantes foliares en gel para el cultivo de piña. Fertilizantes Ingrediente Gel + ½ Normal (T2) Gel + Normal (T3) Urea 17,50 g 35,00 g KNO3 5,25 g 10,50 g MgSO4 0,70 g 1,40 g FeSO4 0,70 g 1,40 g ZnSO4 0,18 g 0,36 g Lisina 0,34 g 0,34 g Goma guar 7,00 g 7,00 g EDTA 3,50 g 3,50 g Ácido cítrico 3,50 g 3,50 g

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Fertilizantes Gel + ½ Normal (T2) Gel + Normal (T3) 1,40 L 1,40 L 1,44 L 1,46 L

Ingrediente Agua Volumen Final

Las propiedades químicas del suelo elegido para la evaluación en campo del cultivo de piña (Cuadro 3) indicaron que el pH y el P son bajos (amarillo). El contenido de K, Ca, Mg, Cu y Zn son óptimos (azul). La acidez extractable y la cantidad de Fe y Mn son altas (rojo) (Bertsch, 1998). El cultivo de piña se adapta bien a suelos ácidos que naturalmente tienen alto contenido de Fe y Mn, y bajo en P. Cuadro 3. Análisis de suelo al inicio de la evaluación de campo. pH/ agua Acidez Extractable K Ca Mg ----------------- cmol+/kg ----------------4,83 1,60 0,42 5,34 2,03

P Fe Cu Zn Mn ------------------ mg/kg -----------------6,5 195 10 2 112

La dinámica de nutrientes en la planta está determinada por la comparación de los resultados de los análisis foliares con el contenido optimo de nutrientes para el cultivo de piña (Molina, 2007). En el primer muestreo se observa el exceso de N y P, la suficiencia de K y Mg; en el caso del Ca presenta deficiencia en la mayoría de los tratamientos excepto en el T1 que es suficiente (Figuras 1 y 2). En el segundo muestreo el P, K y Ca son suficientes mientras que el N aparece en exceso al igual que el Mg en el T2. La diferencia entre los muestreos manifiesta que la mayoría de los macronutrientes fueron absorbidos por la planta conforme transcurrían el tiempo y las aplicaciones; sin embargo, en ambos muestreos hubo un exceso de N. 3.5

Concentración (%)

3.0

N

K 1° muestreo 2° muestreo

1° muestreo 2° muestreo

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 T1

T2

T3

T4

T1

T2

T3

T4

Tratamiento

Figura 1. Concentración de N y K en la hoja de piña, en dos fechas de muestro.

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0.5

P

Ca

Mg

1° muestreo 2° muestreo

Concentración (%)

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0 T1 T2 T3 T4

T1 T2 T3 T4

T1 T2 T3 T4

Tratamiento

Figura 2. Concentración de P, Ca y Mg en la hoja de piña, en dos fechas de muestro. El cultivo de piña requiere en menor cantidad los micronutrientes; sin embargo, son igualmente importantes que los macroelementos. Algunos de éstos son Fe, Cu, Mn y Zn, los cuales funcionan como parte de los sistemas enzimáticos fundamentales de la planta (Jiménez, 1999). El primer muestreo indicó deficiencia en Cu y exceso en Mn, no obstante el Fe fue suficiente en el T2 y el Zn en el T4, mientras que en los tratamientos restantes fue excesivo el Fe y deficiente el Zn (Figura 3). Los resultados en el segundo muestreo revelaron el exceso de Fe y Mn y la deficiencia de Cu y Zn, excepto el T4 que evidenció suficiente Zn. La tendencia de absorción de nutrientes se mantuvo en el transcurso del tiempo menos en el Fe, T2. En general los elementos aumentan en la segunda fecha de muestreo. En el caso del P (Figura 2) y Cu (Figura 3) el contenido en el tejido foliar se reduce, lo cual puede afectar el crecimiento de la planta e indica que la formulación comercial actual debe ser ajustada.

Concentración (mg/kg)

400

300

25 1° muestreo 2° muestreo

Fe

Cu

Mn 20

Zn

1° muestreo 2° muestreo

15 200 10 100

5

0

0 T1

T2

T3

T4

T1

T2

T3

T1

T4

T2

T3

T4

T1

T2

T3

Tratamiento

Figura 3. Concentración de Fe, Mn, Cu y Zn en la hoja de piña, en dos fechas de muestro.

T4

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Guido (1983) señala que la planta adulta presenta entre 70 y 80 hojas, las más jóvenes en el centro y las más antiguas en la parte exterior. El número de hojas es un indicador que permite saber que tanta actividad fotosintética existe en la planta, entre más hojas tenga la planta mayor formación de fotoasimilados y peso del fruto. La biomasa foliar del cultivo de piña después de 28 semanas de siembra no mostró diferencias significativas entre tratamientos (p