Implicaciones ambientales y agronómicas de la fertilización orgánica y mineral en el cultivo de hortalizas en invernadero

Abstract

RESUMEN. Alrededor del 12% de la superficie terrestre mundial se destina a la producción de alimentos bajo diversos sistemas. En México, el sistema de agricultura protegida permite rendimientos hasta 500 % superiores a lo obtenido en cielo abierto en cultivos como jitomate (Solanum lycopersicum L.) y lechuga (Lactuca sativa L.). Sin embargo, esta productividad se asocia a riesgos ambientales y pérdida de calidad del suelo, por un alto uso de insumos, destacando los fertilizantes nitrogenados. En la literatura especializada se plantea que, la aplicación excesiva e inadecuada de nitratos en la agricultura protegida conlleva a riesgos por eutroficación, bioacumulación en tejidos vegetales que provoca problemas de salud humana, y salinización del suelo; lo que compromete a los objetivos 3, 6 y 12 de desarrollo sostenible. Con base en este contexto, se planteó analizar los efectos de la reducción de fertilización nitrogenada en el rendimiento de lechuga y jitomate, y contenido de nitratos en tejido vegetal y suelo. En un invernadero de plástico tipo túnel sin control de temperatura y humedad, se establecieron experimentos independientes con cultivo de lechuga y jitomate en macetas. Bajo un diseño completamente al azar, se evaluaron siete tratamientos de fertilización (con dosis de fertilizantes minerales y orgánicos de 100 % hasta 0 %), con siete repeticiones de cada uno. Se midió contenido de clorofila, eficiencia fotosintética y contenido de nitratos en planta. Se registró el rendimiento agronómico y se determinaron pH, conductividad eléctrica, materia orgánica y nitratos en suelo. Los efectos de los tratamientos se analizaron mediante análisis de varianza, pruebas de comparación de medias de Tukey y diferencia mínima significativa (LSD). Para las variables evaluadas a lo largo del tiempo se emplearon análisis de medidas repetidas y contrastes ortogonales. En el cultivo de lechuga se encontró que, las diferencias en la acumulación de nitratos en savia no estuvieron relacionadas solo con los tratamientos, sino también con altas temperaturas registradas (hasta 54.3 °C) y baja humedad disponible en el sustrato. El contenido promedio de clorofila solo tuvo diferencia significativa entre los tratamientos extremos 100 % de fertilización mineral (306.64 mg/m2) y 100 % de fertilización orgánica (267.5 mg/m2). El diámetro ecuatorial no se afectó por los tratamientos, pero el mayor peso se obtuvo con el tratamiento 100% mineral (155.64 g/planta), sin una tendencia por tratamientos. El registro de nitratos en suelo no evidenció una tendencia, pero el menor contenido se obtuvo con el tratamiento 100 % mineral. La proporción 85/15 (mineral/orgánico) se considera la más adecuada porque se obtuvo el menor contenido de nitratos en savia (2550 ppm) y el peso fue similar al obtenido con 100 % de fertilización mineral (145.56 g); manteniendo niveles adecuados de sales (1.1 dS/m), materia orgánica (2.23 %) y nitratos (180 ppm) en el suelo. En el cultivo de jitomate, el contenido de clorofila promedio fue significativamente menor con 100 % de fertilización orgánica (295.39 mg/m2) comparado al 100 % de fertilización mineral (410.82 mg/m2). Respecto al contenido promedio de nitratos en savia, se registró un rango entre 1961 y 2633 ppm con diferencias significativas, sin identificar una correlación entre niveles del tratamiento y esta variable. El mayor número de frutos se obtuvo con la fertilización totalmente mineral, aunque los frutos con mayor peso se produjeron con los tratamientos de 5 y 15 % de fertilización orgánica. Los grados brix en fruto no presentaron cambios significativos. El mayor contenido de nitratos en fruto se registró con el tratamiento 100 % mineral (423.73 ppm); mientras que, al reducir esta fuente a 75 % se obtuvo la menor concentración (273.46 ppm). El valor más alto de nitratos en suelo se obtuvo en el tratamiento con fertilización 100 % orgánica (483.33 ppm) en comparación con 203 ppm de la proporción 80/20 (mineral/orgánica). La materia orgánica cambió significativamente sin una tendencia por tratamiento, observándose el valor más alto en la proporción 90/10 (mineral/orgánica). El tratamiento 80/20 (mineral/orgánica) permitió rendimiento similar (1.4 kg/planta) y mejor calidad de fruto, conservando niveles adecuados de sales (0.81 dS/m), materia orgánica (7.12 %) y nitratos (203.33 ppm) en suelo, respecto a los tratamientos 100 % mineral y 100 % orgánico. Se identificó que la sustitución parcial de fertilización mineral por orgánica permite buenos rendimientos, mejor calidad de alimentos y mejora o mantiene en niveles adecuados las propiedades físicas y químicas del suelo. A pesar de lo anterior, no se evidenció una tendencia entre los tratamientos y los niveles de nitratos en el sistema suelo- planta, lo que revela la complejidad de su dinámica y la estrecha relación con las condiciones ambientales y el ciclo y manejo del cultivo.

ABSTRACT. Around 12% of the world's land area is used for food production under various systems. In Mexico, protected agriculture systems allow yields up to 500% higher than those obtained in open fields for crops such as tomatoes (Solanum lycopersicum L.) and lettuce (Lactuca sativa L.). However, this productivity is associated with environmental risks and loss of soil quality due to high use of inputs, particularly nitrogen fertilizers. The specialized literature suggests that the excessive and inappropriate application of nitrates in protected agriculture leads to risks of eutrophication, bioaccumulation in plant foods that causes human health problems, and soil salinization, which compromises sustainable development goals 3, 6, and 12. Based on this context, we set out to analyze the effect of reducing nitrogen fertilization on lettuce and tomato yields and nitrate content in plant tissue and soil. In a plastic tunnel greenhouse without temperature and humidity control, independent experiments were set up with lettuce and tomato crops in pots. Under a completely randomized design, seven fertilization treatments (with mineral and organic fertilizer doses ranging from 100% to 0%) were evaluated, with seven replicates of each. Chlorophyll content, photosynthetic efficiency, and nitrate content in plants were measured. Agronomic yield was recorded, and soil pH, electrical conductivity, organic matter, and nitrate content were determined. The effects of the treatments were analyzed using analysis of variance, Tukey's mean comparison tests, and least significant difference (LSD). Repeated measures analysis and orthogonal contrasts were used for the variables evaluated over time. The results showed that, in lettuce, the differences observed in nitrate accumulation in sap were not only related to the treatments but also to experimental conditions such as high temperatures (up to 54.3 °C) and low substrate moisture, which, according to the literature, are factors that modify enzyme activity. The average chlorophyll content only showed a significant difference between the extreme treatments of 100% mineral fertilization (306.64 mg/m²) and 100% organic fertilization (267.5 mg/m²). The equatorial diameter was not affected by the treatments, but the yield was higher with the 100% mineral treatment (22.23 g/plant), with no trend for treatments. The soil nitrate record did not show a trend, but the lowest content was obtained with the 100% mineral treatment. The 85/15 (mineral/organic) ratio is considered the most appropriate because it resulted in the lowest nitrate content in sap (2550 ppm) and the yield was similar to that obtained with 100% mineral fertilization, maintaining adequate levels of salts (1.1 dS/m), organic matter (2.23%), and nitrates (180 ppm) in the soil. In tomato cultivation, the average chlorophyll content was significantly lower with 100% organic fertilization (295.39 mg/m²) compared to 100% mineral fertilization (410.82 mg/m²). Regarding the average nitrate content in sap, a range between 1961 and 2633 ppm was recorded with significant differences, without identifying a correlation between treatment levels and this variable. The highest number of fruits was obtained with total mineral fertilization, although the heaviest fruits were produced with the 5 and 15% organic fertilization treatments. There were no significant changes in the Brix degrees of the fruit. The highest nitrate content in the fruit was recorded with the 100% mineral treatment (423.73 ppm), while reducing this source to 75% resulted in the lowest concentration. The highest nitrate value in the soil was obtained in the treatment with 100% organic fertilization (483.33 ppm) compared to 203 ppm in the 80/20 (mineral/organic) ratio. Organic matter changed significantly without a trend by treatment, with the highest value observed in the 90/10 (mineral/organic) ratio. The treatment with 80% mineral fertilization and 20% organic fertilization allowed for similar yield (1.4 kg/plant) and better fruit quality, maintaining adequate levels of salts (0.81 dS/m), organic matter (7.12%), and nitrates (203.33 ppm) in the soil, compared to the 100% mineral and 100% organic treatments. Considering the environmental and agronomic implications, it was found that partially replacing mineral fertilizers with organic fertilizers allows for good yields, better food quality, and improves or maintains the physical and chemical properties of the soil at adequate levels. Despite this, no trend was observed between the treatments and nitrate levels in the soil-plant system, revealing the complexity of its dynamics and the close relationship with environmental conditions and crop management.