Introducción

Las prácticas de agricultura convencional ocasionan serios problemas en los suelos, entre ellos: baja fertilidad, niveles bajos de materia orgánica, disminución de la diversidad en la microbiota edáfica y emisión de gases de efecto invernadero. Los productores corrigen los bajos niveles de fertilidad de los suelos, con la adición de fertilizantes químicos; no obstante, el uso excesivo de estos ha ocasionado lixiviación de iones a los mantos acuíferos y contaminación ambiental (^{Burri et al., 2019}), con emisiones de gases de efecto invernadero derivados de fertilizantes nitrogenados (^{Gonzalez-Estrada & Camacho Amador, 2017}).

Debido a la problemática expuesta se plantea el uso de abonos verdes a base de leguminosas como una alternativa dentro de la agricultura sostenible. Estas plantas de la familia Fabaceae aportan 2,7 kg ha^-1 de nitrógeno por año, por cada 100 kg ha^-1 de M.S, además brindan una mejoría en la estructura y cantidad de materia orgánica (^{Castro-Rincón et al., 2018}). De acuerdo con ^{Aguilar Brenes (2021}), cada especie de leguminosa aporta diferente cantidad de nitrógeno, los aportes varían entre los 75 y 240 kg ha^-1 de nitrógeno por año.

Las leguminosas además del aporte de nitrógeno en los cultivos, también aportan nutrientes como fósforo, potasio, magnesio, entre otros. Además, promueven la fijación y reincorporación de CO₂ al suelo, por lo cual se convierte en una herramienta importante en una estrategia agro-forestal para mitigar el cambio climático (^{Stout et al., 2016}). Con este tipo de tecnologías, se busca obtener una producción más sostenible que genere un equilibrio entre la producción de alimentos y la protección del medio ambiente.

Las leguminosas se han empleado como “abonos verdes”, no obstante, aportan otro tipo de beneficios. Existen estudios donde se observa adición de materia orgánica, control de enfermedades y nemátodos. Se ha reportado control de Meloidogyne spp. en Mucuna pruriens (L) DC. y Crotalaria spectabilis Roth (^{Osei et al., 2010}), así como la habilidad M. pruriens como controladora de nemátodos, arvenses y muchas enfermedades edáficas (^{Bunch, 2012}; ^{de Souza Bido et al., 2018}).

Una forma de promover el uso y la aceptación de los abonos verdes es través de una presentación peletizada. Esta puede ser más aconsejable como tecnología agrícola para la mayoría de los cultivos y permite la utilización de material vegetal seco de M. pruriens. Esta leguminosa aporta entre 51 y 331 kg ha^-1 de nitrógeno por año (^{Bunch, 2012}; ^{Brunner et al., 2011}; ^{Sanclemente Reyes et al., 2013}). Algunos estudios experimentan la combinación con otros materiales como zeolita para mejorar las condiciones fisicoquímicas del suelo y el rendimiento agrícola (^{Zúñiga Orozco et al., 2020}).

Los abonos verdes peletizados tienen además otras ventajas como la facilidad de transporte, almacenamiento, facilidad de aplicación, control de la dosificación, y no despiden olores. Este último factor es importante puesto que, hay otras fuentes nitrogenadas orgánicas que atraen incluso fauna indeseable en los cultivos. En cuanto a peletizados, existen pocos estudios comparativos, lo cual indica que es un área de estudio que ha despertado interés.

Estudios recientes demuestran el impacto positivo de la aplicación de peletizados, ^{Gatsios et al. (2021)} reportan la aplicación de alfalfa (Medicago sativa L.) peletizada a nivel de invernadero en tomate, con un incremento significativo de nitrógeno a nivel foliar y un aumento en rendimiento comparado con el control, ^{Kaniszewski et al. (2019}) utilizaron pélets de trébol rojo (Trifolium pratense L.) y alfalfa (M. sativa L.) en campo abierto en cebolla y se obtuvo una mejoría en rendimiento. Otros investigadores utilizaron pellets de estiércol de bovino seco y aplicado en tomate hidropónico, en este experimento se obtuvo que el tratamiento con 50 % de pélet presentó los valores más altos para la mayoría de las variables, sin embargo, no superó al testigo comercial (^{Liu et al., 2019}).

El uso de biopélets supone una ventana de oportunidad también para el control de fitopatógenos con hongos antagonistas debido al contenido de materia orgánica que poseen. En Costa Rica el tomate es un cultivo muy importante y es necesario controlar Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Sacc.) Snyder y Hans debido a que este hongo puede causar pérdidas en rendimiento de hasta 60 % (^{Agrios, 2005}). Hay antecedentes donde se registra el uso de Trichoderma harzianum Rifai para el control de este hongo fitopatógeno (^{Delgado Maroto & Bermúdez Cardona, 2021}; ^{Vargas-Inciarte et al., 2019}).

Es limitada la investigación que aborda el aprovechamiento de M. pruriens y su combinación con T. harzianum en el cultivo de tomate. Es por lo anterior que, esta investigación se realizó para evaluar el efecto de Mucuna pruriens L. peletizada e inoculada con Trichoderma harzianum Rifai en el aporte nutricional, el rendimiento agrícola y la regulación de Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici en tomate (Solanum lycopersicum L.).

Materiales y métodos

Resultados

Rendimiento por planta

En cuanto a rendimiento total, se observó que el testigo comercial mostró el mayor valor con 8,6 kg por planta (178 t ha^-1), mientras que, el de menor rendimiento fue el tratamiento 5 con un promedio de 5,8 kg por planta (120 t ha^-1) (p<0,05). En los tratamientos 1 y 3 donde se produjo 6,6 kg por planta (137 t ha^-1) y 6,8 kg por planta (143 t ha^-1) respectivamente, no se registraron diferencias significativas con respecto al testigo (p>0,05) (Figura 1).

Figura 1 Peso por planta entre tratamientos obtenidos al aplicar biopélet de M. pruriens en tomate (S. lycopersicum) variedad indeterminada Dioniso^®. A) Peso/planta en gramos por tratamiento. B, C y D) Peso de primera, segunda y tercera calidad en g/planta. Enero-junio, 2022. Tablón del Guarco, Cartago, Costa Rica. 

En cuanto a tomates de primera calidad, el testigo comercial registró el mayor valor con 4,2 kg por planta (87 t ha^-1) y el tratamiento 6 el de menor valor con 2,3 kg por planta (47 t ha^-1) (p<0,05). En frutos de primera calidad, los tratamientos 1, 3, 4 y 5 con rendimientos de 3,1 por planta (64 t ha^-1), 3,2 kg por planta (73 t ha^-1), 2,7 kg por planta (56 t ha^-1) y 2,6 kg por planta (52 t ha^-1) respectivamente, no presentaron diferencias significativas con respecto al testigo (p>0,05). Las calidades de segunda y tercera, no presentaron diferencias estadísticas entre tratamientos ni con respecto al testigo comercial (p>0,05).

Sobrevivencia en plantas de tomate

El porcentaje de sobrervivencia fue en promedio de un 97,6 %. Solo una planta en el tratamiento 6 murió por F. oxysporum. De acuerdo con la Figura 2, no se presentaron diferencias estadísticas significativas en cuanto a sobrevivencia (p>0,05). No fue posible identificar cual tratamiento con biopélet fue más efectivo para controlar F. oxysporum, sin embargo, es posible indicar que el recubrimiento con T. harzianum controló F. oxysporum de igual forma al manejo tradicional con fungicidas.

Figura 2 Arcoseno de la raíz cuadrada del porcentaje de sobrevivencia del tomate (S. lycopersicum) variedad indeterminada Dioniso^® a F. oxysporum al término del experimento (letras iguales denotan que no hubo diferencias significativas p>0,05). Enero-junio, 2022. Tablón del Guarco, Cartago, Costa Rica. 

Discusión

Las formulaciones del biopélet seleccionadas para este estudio, presentaron una dureza adecuada y características técnicas que permitieron determinar su compatibilidad con la aplicación de la enmienda, así como favorecer la aplicación de T. harzianum. Un factor importante para el desarrollo de biopélets es además la uniformidad de la mezcla. La uniformidad al mezclar los componentes, el % de humedad aportado y la pureza del material a peletizar son vitales para la conformación estructural de un pélet (^{Soto Rojas, 2017}). El pélet mantuvo una humedad en 12-18 %, dado que, es determinante para que la mezcla pase por las máquinas peletizadoras, otros investigadores concuerdan con los valores utilizados en este estudio (^{Barrientos Blanco, 2010}; ^{Carrillo Paniagua, 2015}).

En cuanto a producción, los resultados no favorecieron a los tratamientos aplicados con biopélet. Es posible que la composición del mismo no tuviera una concentración de nutrientes considerable, dado que, requiere de otros componentes para que la formulación sea estable y fácil de diluirse en el agua. Lo anterior limitó el aporte de nitrógeno por parte de M. pruriens, además en el proceso de secado se pierde un porcentaje de N, tal como lo reportaron ^{Li et al. (2020}).

El material seco de M. pruriens presentó 2,8 % de N y se usó 150-220 g de materia seca/kg de pélet, esto provocó una disminución del nitrógeno en la concentración final, la cual se estima en 0,56 % de N en el material que llegó a la planta. Fue posible cumplir con los requerimientos nutricionales hasta el día 60 dds, según lo indicado en los análisis foliares, debido a la frecuencia de aplicación. No obstante, posterior al día 60 dds no fue posible cumplir con los requerimientos nutricionales de la planta de tomate, los cuales son requeridas en grandes cantidades. Los requerimientos de nitrógeno pueden varían desde los 200-466 kg ha-1 y depende de muchos factores como la variedad, tipo de suelo, entre otros (^{Blaesing et al., 2006}; ^{Tei et al., 2002}).

Los resultados obtenidos respecto a la producción y calidad favoreció al testigo comercial, sin embargo, el tratamiento 3 (150 g M. pruriens a 50 gramos por planta) no fue estadísticamente diferente (p > 0,05) al testigo comercial, por lo cual debe prestársele especial atención al considerar que aportó el mayor contenido de Mg tanto en el suelo como en el follaje, así como el mayor aporte de P al suelo.

El biopélet sí mejoró los valores en varias variables, las cuales, denotaron una mejoría en la calidad del suelo.

Los nutrimentos foliares a los 60 dds se compararon contra valores críticos según ^{Meléndez y Molina (2002}), de acuerdo con estos autores en tomate, los niveles críticos de N, P y K deberían estar dentro de cierto rango y lo encontrado en el presente estudio estuvieron dentro de lo recomendado al momento de la toma de la muestra. Se podría concluir que lo aportado a nivel nutricional hasta el día 60 dds con el biopélet, fue adecuado y esto es positivo desde el punto de vista ambiental, al no tener que aplicar fertilizante químico.

Otros nutrimentos como Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Mn y B estuvieron incluso en niveles superiores a los óptimos en todos los tratamientos. El tratamiento 3 (150 g M. pruriens a 50 g/planta) se observó promisorio en el aporte de Ca y el tratamiento 5 (220 g M. pruriens a 30 g/planta) en cuanto a Mg. Lo anterior concuerda con ^{Elfstrand et al. (2007}) quienes reportaron aumentos de otros nutrientes como N, P y S, al incorporar abonos verdes a base de T. pratense L. en sistemas de cultivo. Los elementos mencionados son importantes en la elongación celular, formación de clorofila, tejidos estructurales, interactúan con hormonas vegetales como las citoquininas, transporte de carbohidratos, crecimiento radical y otras funciones vitales en la planta (^{Alcántar González et al., 2016}).

Los niveles de nutrimentos antes del día 60 dds fueron los adecuados tanto en los tratamientos aplicados con biopélet como en el testigo. Lo anterior indica que es posible cumplir con los requerimientos nutricionales del tomate con la utilización de M. pruriens peletizada hasta ese momento. Con base en que no hubo un efecto en el rendimiento, se debe analizar que en la etapa de llenado de fruto hay gran demanda de nitrógeno y se necesita el 64 % del nitrógeno total (^{Geisseler et al., 2020}), 128-298 kg ha^-1 de N, y es en ese momento donde se debe aumentar el aporte con fuentes nitrogenadas orgánicas, químicas o ambas.

De acuerdo con lo anterior, algunas opciones que deben analizarse para mejorar efectividad son aumentar dosis, frecuencia de aplicación, diseñar un pélet concentrado al 100 % de M. pruriens y en última instancia combinar todos los anteriores. Un biopélet concentrado al 100 % de M. pruriens podría tener entre 2,8-3,0 % de N y con ello se puede alcanzar hasta 450 kg ha^-1 de N con una dosis de 100-150 g/planta en cuatro momentos de aplicación durante el ciclo. Esta opción necesitará evaluarse en campo debido a que el aporte de C y M.O también incrementará y podría ser una fuente importante para aumentar la diversidad y cantidad de microorganismos de suelo. Algunos investigadores citan la relación entre la biodiversidad del suelo y la incorporación de enmiendas orgánicas (^{Köninger et al., 2021}).

La microbiota del suelo es muy importante, bacterias del género Azotobacter sp., y Azosperrillum sp. juegan un papel crítico en el proceso de fijación de nitrógeno. Lo anterior sería de especial importancia al aplicar una fuente concentrada de carbono como es el biopélet a base de M. pruriens o cualquier otra especie leguminosa con alta concentración de N, C y M.O (^{Lara Mantilla et al., 2007}). Se debe tener en cuenta que múltiples factores influencian la efectividad de las enmiendas orgánicas. Las condiciones climáticas y el material parental influencia la heterogeneidad espacial de nutrientes (^{Delpiano et al., 2020}). Lo anterior repercute sobre la microbiota edáfica en cuanto a presencia de taxones. Algunos investigadores han reportado aumento en la diversidad de la microbiota en sistemas de cultivo que incorporaron la leguminosas (^{Onica et al., 2017}).

Hubo una menor acidificación del suelo en los tratamientos aplicados con la aplicación del biopélet con respecto al testigo comercial. Este efecto es de especial interés porque las enmiendas orgánicas evitan un exceso de liberación de iones hidronio, lo cual se traduce en mayor protección del suelo a la degradación química. El efecto acidificante de los fertilizantes se relaciona con el tipo de suelo, tipo de fertilizante, material parental, materia orgánica, el cultivo, entre otros factores (^{Zhang, 2013}).

En algunos tratamientos se observó una mejoría en cuanto a niveles de C, N y M.O. En la relación C/N se encontró que entre los tratamientos y el testigo los valores fueron muy similares, no obstante, al comparar lo encontrado al inicio versus lo encontrado al final, se logró observar un leve incremento y esto se debe a que el carbono aumentó en mayor proporción que el nitrógeno. Lo anterior indica que se favoreció la formación de coloides que mejoran la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y a su vez se genera una mejoría en la estructura, porosidad y fertilidad del suelo. Se ha reportado que las enmiendas orgánicas mejoran las características físicas del suelo (^{Sanclemente-Reyes & Patiño-Torres, 2015}), asimismo, los coloides son partículas nanométricas que participan en la formación de la materia orgánica y son de particular importancia en el balance de los ecosistemas (^{Yan et al., 2018}).

En relación con el aporte de M.O se logró constatar que, hubo un incremento en los tratamientos con biopélet en valores que aumentaron de 5,3 % a 6,1 % en el promedio final. Lo anterior representa un aporte del 0,7 % al final del experimento y esto se traduce en 46 kg ha_-1 de carbono o 0,14 Mg ha^-1 de carbono orgánico total en suelo por superficie. La incorporación de materia orgánica en el sistema suelo contribuye a la mitigación del cambio climático, esto ocurre a través de la fotosíntesis de leguminosas quienes procesan CO2 atmosférico, pero además esa forma de carbono pasa al suelo al ser incorporado como materia prima (^{Stout et al., 2016}; ^{Navarro-Pedreño et al., 2021}) en este caso a través del biopélet.

Se observó compatibilidad de T. harzianum con el biopélet y esto es posible que contribuyera en la regulación sobre F. oxysporum, no obstante, no se registraron diferencias significativas. La presencia de materia orgánica en el biopélet es un factor importante para que el hongo antagonista pueda permanecer en buenas condiciones y favorecer su actividad (^{Organo et al., 2022}). Esto es importante por el almacenamiento y la vida anaquel del producto. Este hongo tiene diversos mecanismos de control (^{Infante et al., 2009}) no obstante, no solo se alimenta de materia orgánica, sino que también acelera la descomposición de esta (^{Cai et al., 2015}; ^{Organo et al., 2022}).

Luego de mencionar los efectos positivos encontrados con la aplicación del biopélet, es importante discutir por qué no se tradujo en rendimiento. Una de las razones, como ya se mencionó, es la alta demanda de nutrientes del cultivo de tomate (sobre todo en la etapa de llenado de fruto), sin embargo, también hay que tomar en cuenta que el biopélet debe pasar por un proceso de mineralización y esto en ocasiones puede ser lento. Lo anterior toma en cuenta la relación C/N y la tasa de mineralización, para el caso de este estudio se observó que esta proporción favoreció al carbono, lo que indica que es posible que los efectos se observen a mediano plazo. El mejoramiento de suelos es un proceso regenerativo y puede tomar tiempo. Algunos investigadores indican que, hay un efecto evidente hasta después de un ciclo de cultivo (^{Bunch, 2012}). Con base en lo anterior, es recomendable analizar la incorporación de microorganismos como Lactobacillus sp. y Sphaerobacter sp. para facilitar la degradación de la M.O. (^{Zhan et al., 2023}) en el biopélet y además liberar nitrógeno, sobre todo en suelos donde se aplica por primera vez.

Conclusiones

La aplicación del biopélet proporcionó un aporte nutricional adecuado al cultivo del tomate antes del día 60 dds, enriqueció el suelo con calcio, magnesio, potasio y zinc. Contribuyó a mantener un pH equilibrado mediante el aporte de carbono, nitrógeno y materia orgánica. Además, incidió en una menor acidificación del suelo.

En rendimiento se obtuvieron tratamientos similares al testigo comercial, no obstante, se identificó un potencial de mejora en la etapa fenológica de llenado de fruto.

El biopélet recubierto con T. harzianum fue eficaz para el control de F. oxysporum de forma biológica.