Biofertilización orgánica de almácigos de café (Coffea arabica L.) con compost producido a partir de residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor en la región de Monteverde, Costa Rica

Camacho Céspedes, F. (2019). Biofertilización orgánica de almácigos de café (Coffea arabica L.) con compost producido a partir de residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor en la región de Monteverde, Costa Rica. (Tesis de Doctorado). Instituto Tecnológico de Costa Rica; Universidad Nacional, Costa Rica; Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica. Doctor en Ciencias Naturales para el Desarrollo, con énfasis en Sistemas de Producción Agrícolas

El presente trabajo aporta evidencia empírica sobre el rendimiento y calidad de un nuevo sistema de fertilización para la producción de almácigo de café orgánico que utiliza compost elaborado con residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña (MM) y lodos digeridos de biodigestor (LDBIO). El sistema ofrece una solución confiable al problema de escasez de alternativas de fertilización efectivas y validadas científicamente para la producción de almacigo de alta calidad en la región cafetalera de Monteverde, Puntarenas, Costa Rica (600-1500 m.s.n.m). El nuevo sistema de fertilización produjo plántulas con un excelente nivel de desarrollo y calidad fitosanitaria, y presentó costos de producción menores a los del sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los cafetaleros de la región, debido a que se fundamenta en el empleo de residuos disponibles localmente, lo cual promueve un mejor manejo de los desechos en las fincas y facilita la recuperación de nutrientes escasos como el fósforo. El nuevo sistema se alinea armoniosamente con los objetivos de sostenibilidad de los productores locales, permitiéndoles tener acceso a opciones de certificación de sus cafetales desde la etapa del vivero. El sistema es congruente con los principios de la agricultura climáticamente inteligente ya que aprovecha las sinergias y beneficios que ofrece la integración de la tecnología del compostaje, el cultivo de microorganismos nativos del bosque y el aprovechamiento de los biosólidos derivados de la descontaminación anaeróbica de aguas residuales, para producir un compost de mayor calidad que ayuda a recuperar y mantener las características de fertilidad y biodiversidad del suelo, lo cual extiende el alcance del paradigma de producción sostenible en la región de Monteverde y mejora las oportunidades para intensificar sosteniblemente la productividad económica y la capacidad adaptativa de los sistemas de producción cafetaleros a los efectos de la variabilidad climática y el deterioro ambiental. La viabilidad técnica del nuevo biofertilizante está dada desde el punto de vista de la validez del diseño y el método de preparación del compost, la calidad del producto terminado y el rendimiento que ofrece sobre el crecimiento del almacigo. Desde el punto de vista de validez del diseño y la técnica de preparación, el sistema de fertilización propuesto cumplió satisfactoriamente con todos los parámetros teóricos del proceso de compostaje, incluyendo las tres etapas térmicas que aseguran la estabilidad y madurez del material terminado (mesófila uno y dos, y termófila). El tiempo de estabilización y maduración de la biomasa se mantuvo dentro del rango óptimo en menos de 150 días, y la incorporación de los microorganismos y los lodos no afectó el pH, la conductividad eléctrica, la saturación de oxígeno ni el contenido de agua durante el proceso de transformación de la materia orgánica, lo cual indica que el diseño y el método preparación fue adecuado. Desde el punto de vista de calidad, el sistema de fertilización propuesto logró alcanzar niveles adecuados de estabilidad, madurez, inocuidad, pH y conductividad eléctrica, lo cual indica que el compost producido es de óptima calidad. Estos parámetros no fueron afectados por la incorporación de microorganismos y lodos en el material compostable. Por el contrario, la integración de ambos compuestos en la mezcla produjo una mejora en la concentración de macronutrientes, así como en el contenido de materia orgánica, carbono, humedad y biomasa microbiana con respecto al compost convencional. Se determinó que el empleo combinado de ambos insumos puede provocar fitotoxicidad en cultivos herbáceos, como las cucurbitáceas, por lo que es necesario desarrollar investigaciones más específicas dirigidas a explicar las razones y el alcance de la fitotoxicidad observada. La incorporación de compost en el suelo como fertilizante optimizó los principales parámetros de fertilidad del sustrato de crecimiento incluyendo el pH, la suma de bases intercambiables, la capacidad de intercambio catiónico efectiva, el contenido de fósforo y la concentración de biomasa microbiana. También aumentó el contenido de Zn y Fe y elevó levemente la salinidad del suelo, lo cual puede tener un efecto negativo sobre el adecuado crecimiento del cultivo que necesita ser investigado a posteriori. Desde el punto de vista de rendimiento sobre el crecimiento del almacigo, el sistema de fertilización propuesto produjo plántulas que alcanzaron un desarrollo de más de un 200% del peso seco en comparación con las que no recibieron ningún tipo de fertilización, lo cual indica que el compost producido tiene un efecto positivo sobre el crecimiento de este cultivo. El nivel de desarrollo y el estado fitosanitario alcanzado fue equivalente al de las plántulas expuestas al sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los productores locales, el cual emplea una mezcla de suelo, vermicompost y abono sintético NPK (10:30:10) en el sustrato de crecimiento. El costo de producción por plántula y la relación costo beneficio bajo el sistema propuesto fueron un 10% menor al del sistema convencional intensivo. La diferencia en el costo de producción unitario representa un ahorro en el establecimiento de nuevas plantaciones de café de ¢150,800 colones por hectárea, y de ¢450,000 en fincas de 3 ha representativas de la región de Monteverde, ahorro que equivale a un 40% de los ingresos del primer año de cosecha para una finca orgánica de ese tamaño. Aunque los resultados específicos del estudio están contextualizados a las condiciones agroecológicas de la región de Monteverde, se considera que siempre y cuando se respeten las técnicas de producción empleadas, es probable que se puedan obtener resultados congruentes de desarrollo y calidad del almacigo de café en otras regiones cafetaleras con condiciones similares.

The present work provides empirical evidence on the performance and quality of a new fertilization system for the production of organic coffee seedlings that uses compost made with local biomass residues, mountain microorganisms (MM) and digested biodigester sludge (LDBIO). The system offers a reliable solution to the problem of shortage of effective and scientifically validated fertilization alternatives for the production of high-quality storage in the Monteverde coffee region, Puntarenas, Costa Rica (600-1500 m.a.s.l.). The new fertilization system produced seedlings with an excellent level of development and phytosanitary quality, and presented lower production costs than the intensive conventional fertilization system used by coffee growers in the region, because it is based on the use of available residues. locally, which promotes better waste management on farms and facilitates the recovery of scarce nutrients such as phosphorus. The new system is harmoniously aligned with the sustainability objectives of local producers, allowing them to have access to certification options for their coffee plantations from the nursery stage. The system is congruent with the principles of climate-smart agriculture since it takes advantage of the synergies and benefits offered by the integration of composting technology, the cultivation of native forest microorganisms and the use of biosolids derived from the anaerobic decontamination of wastewater. , to produce a higher quality compost that helps to recover and maintain the fertility and biodiversity characteristics of the soil, which extends the scope of the sustainable production paradigm in the Monteverde region and improves opportunities to sustainably intensify economic productivity and adaptive capacity of coffee production systems to the effects of climate variability and environmental deterioration. The technical feasibility of the new biofertilizer is given from the point of view of the validity of the design and the method of compost preparation, the quality of the finished product and the performance it offers on the growth of the storehouse. From the point of view of validity of the design and preparation technique, the proposed fertilization system satisfactorily complied with all the theoretical parameters of the composting process, including the three thermal stages that ensure the stability and maturity of the finished material (mesophyll one and two, and thermophilic). The stabilization and maturation time of the biomass remained within the optimal range in less than 150 days, and the incorporation of microorganisms and sludge did not affect the pH, electrical conductivity, oxygen saturation or water content during the organic matter transformation process, which indicates that the design and preparation method was adequate. From a quality point of view, the proposed fertilization system managed to achieve adequate levels of stability, maturity, safety, pH and electrical conductivity, which indicates that the compost produced is of optimum quality. These parameters were not affected by the incorporation of microorganisms and sludge in the compostable material. On the contrary, the integration of both compounds in the mixture produced an improvement in the concentration of macronutrients, as well as in the content of organic matter, carbon, moisture and microbial biomass with respect to conventional compost. It was determined that the combined use of both inputs can cause phytotoxicity in herbaceous crops, such as cucurbits, so it is necessary to develop more specific research aimed at explaining the reasons and extent of the phytotoxicity observed. The incorporation of compost into the soil as a fertilizer optimized the main fertility parameters of the growth substrate including pH, the sum of exchangeable bases, the effective cation exchange capacity, the phosphorus content and the concentration of microbial biomass. It also increased the content of Zn and Fe and slightly raised the salinity of the soil, which may have a negative effect on the proper growth of the crop that needs to be investigated later. From the point of view of performance on the growth of the storehouse, the proposed fertilization system produced seedlings that reached a development of more than 200% of the dry weight in comparison with those that did not receive any type of fertilization, which indicates that the Produced compost has a positive effect on the growth of this crop. The level of development and the phytosanitary status reached was equivalent to that of the seedlings exposed to the intensive conventional fertilization system used by local producers, which uses a mixture of soil, vermicompost and NPK synthetic fertilizer (10:30:10) in the growth substrate. The production cost per seedling and the cost-benefit ratio under the proposed system were 10% lower than that of the intensive conventional system. The difference in the unit production cost represents a saving in the establishment of new coffee plantations of ¢ 150,800 colones per hectare, and of ¢ 450,000 in farms of 3 hectares representative of the Monteverde region, a saving that is equivalent to 40% of income from the first harvest year for an organic farm of that size. Although the specific results of the study are contextualized to the agroecological conditions of the Monteverde region, it is considered that as long as the production techniques used are respected, it is likely that consistent results of development and quality of the coffee storage can be obtained in other coffee-growing regions with similar conditions.

Instituto Tecnológico de Costa Rica

Universidad Nacional, Costa Rica

Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica

Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo

Escuela de Ciencias Biológicas