DYNA

1. Introducción

Este artículo es parte de la disertación de Maestro del primer autor, presentado en el Programa de Posgrado en Ciencias del Suelo Del UFERSA- Mossoró, RN, Brasil.

La escasez de agua de buena calidad es una realidad actual y creciente, puesto que se trata de una cuestión ambiental, que es afectada por y las actividades de urbanización, deforestación, agricultura, pecuaria e industria, principalmente cuando implica algún tipo de contaminación, comprometiendo el consumo de agua para las futuras generaciones.

La producción agrícola depende de la disponibilidad de agua y del uso racional, fundamentalmente en las áreas donde este recurso es escaso. En consecuencia la utilización del agua para riego es un desafío relevante para las regiones áridas y semiáridas, constituyéndose en un serio problema para el desarrollo de esas regiones.

Por tanto, es necesario buscar alternativas racionales que viabilicen el uso de las aguas residuales, considerando criterios ambientales, sociales y económicos, puesto que a cada día se hace más necesario la búsqueda de fuentes alternativas.

La reutilización de las aguas residuales constituye una práctica de carácter benéfico que puede ser abordado de varias formas. Se destaca la utilización de estas aguas en la práctica del riego, principalmente en cultivos cuyo producto no se destina para fines comestibles, por ejemplo cultivos de oleaginosas para la producción de biodiesel, tales como el algodón (Gossypium hirsutum L.), el ricino (Ricinus communins L.) y el piñón de tempate (Jatropha curcas L.).

Según Van der Hoeck et al. [29] una de las ventajas de la utilización de las aguas residuales en el riego es la posibilidad del aporte y el reciclaje de nutrientes, reduciendo considerablemente la aplicación de fertilizantes, además de la preservación ambiental y economía del agua de buena calidad. De esta manera, el uso de estas aguas posibilita, además del suministro hídrico, abastecer parte o la totalidad de las necesidades nutricionales de las plantas, hecho semejante al que ocurre en la fertirrigación, en la cual los nutrientes son aplicados a las plantas a través del agua de riego.

Azevedo et al. [1] verificaron que el agua residual tratada contribuye a la obtención de mayor producción y mejor calidad de las fibras de algodón, probablemente debido al potencial nutricional de los efluentes. Además, varios trabajos indican que el efluente tratado usado para el riego, es importante desde el punto de vista nutricional para cultivos como pimentón [26], arroz [27], plántulas de flamboyant [12], girasol [16] y gerberas [14].

En general, los efluentes municipales presentan contenidos de macronutrientes suficiente para atender la demanda de los cultivos, por eso se constituyen en una importante fuente de fertilizantes, mejorando el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, se debe considerar las exigencias nutricionales de cada cultivo y el tipo de suelo. El nitrógeno, el fósforo y la materia orgánica contenidos en los efluentes tratados son fertilizantes y acondicionadores del suelo, favoreciendo el desarrollo de las plantas [8].

A pesar de varios beneficios evidenciados, el riego con aguas residuales puede llevar a la acumulación en el suelo de otros elementos tales como metales pesados, ocasionando contaminación ambiental, por eso el uso de estas aguas requiere un manejo adecuado, puesto que además de presentar considerables concentraciones de iones disueltos como el sodio, boro y cloruros, contiene gran variedad de organismos patogénicos como bacterias, virus, protozoarios y helmintos. Tales características dificultan la utilización de aguas servidas (aguas residuales) en la agricultura [6,27].

Por otro lado, existen pocas publicaciones científicas relacionadas al tema de la reutilización aguas servidas tratadas en el riego del cultivo de algodón, lo que contrasta con la importancia económica de este cultivo, especialmente en lo que refiere a la escasez de recursos hídricos, ventajas y limitaciones de la reutilización en la región semiárida del Nordeste brasileño.

En este sentido, el trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto del riego con efluente secundario tratado, proveniente de aguas residuales domésticas, en el contenidos foliar de nitrógeno, fósforo y potasio en el cultivo de algodón (Gossypium hirsutum L., cultivar 8H) en dos tipos de suelos.

2. Materiales y métodos

El experimento fue llevado a cabo en el periodo comprendido entre noviembre de 2009 a marzo de 2010, en el área experimental del Departamento de Ciencias Ambientales y Tecnológicas de la Universidad Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), en Mossoró, Río Grande do Norte (RN), Brasil, localizado en las coordenadas geográficas de 5º 11´ de latitud Sur y 37º 20´ de longitud Oeste de Greenwich. El clima (de acuerdo con la clasificación de Köppen) es del tipo BSwh´, siendo la precipitación media anual de 678 mm. Las medias anuales de temperatura, insolación y humedad relativa son 27,4 ºC, 2360 horas anuales y 68,9%, respectivamente [4].

El esgoto doméstico tratado (secundario) provino de la laguna de estabilización de la Estación de Tratamiento de Esgotos Domésticos das Cajazeiras en Mossoró, RN, pertenciente a la CAERN (Compañía de Agua y Esgoto de Rio Grande do Norte), ubicado en la comunidad de Passagem de Pedras. Dicho efluente fue transportado semanalmente de la laguna de estabilización hasta el lugar del experimento en tanques de 1000 L, siendo este volumen suficiente para la preparación del agua de riego, durante una semana. El agua potable provino del sistema de abastecimiento público del campus de la UFERSA. Los resultados de los análisis físico-químicos y microbiológicos del esgoto doméstico se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Características del efluente de esgoto tratado utilizado para el riego.

Fuente: Elaborada por los autores.

La variedad de algodón utilizado fue 8H utilizaron cuarenta y ocho semillas por subparcela, con dos líneas de veinticuatro, sembradas en forma equidistante a una profundidad que varió entre 2,5 a 3,0 cm, con la finalidad de evaluar la influencia de los tratamientos en la germinación del cultivo.

El diseño experimental empleado fue el de bloques al azar con parcelas subdivididas. A nivel de parcelas se probaron diferentes diluciones del efluente de alcantarillado en agua de abastecimiento: 25, 50, 75, 100% de efluente (T₁, T₂, T₃ y T_4, respectivamente) y tratamiento agua de abastecimiento + fertilización mineral del suelo - control (T₅) y como subparcelas se consideraron dos tipos de suelos de textura contrastante: Latossolo Vermelho Amarelo y Cambissolo (S₁ y S₂, respectivamente). Los tratamientos fueron dispuestos en 20 parcelas experimentales con un área de 1 m² (0,50 m x 2,00 m), siendo cada parcela fue subdividida en dos subparcelas (suelos), totalizando 40 unidades experimentales, constando de cinco diluciones, dos tipos de suelos y cuatro repeticiones.

Cada subparcela estuvo compuesta por dos hileras de plantas, con ocho plantas por metro linear, espaciados en 0,15 m entre hileras y 1 m entre subparcelas. En cada subparcela, se consideraron solamente las plantas centrales. Los tratamientos fueron aislados con plástico (polietileno) hasta una profundidad de 0,50 m, para evitar posibles contaminaciones entre los tratamientos. Las parcelas experimentales fueron divididas con paredes de ladrillo, y posteriormente llenadas con 315 kg de suelo arenoso (S₁) y 288 kg de suelo arcillosos (S₂).

Se retiraron submuestras de cada tipo de suelo para la caracterización física (granulometría, densidad aparente y porosidad) siguiendo metodologías recomendadas por la EMBRAPA [7]. Además, se determinó la capacidad de retención de agua de los dos suelos, siendo que esa información fue utilizada en la planilla de riego.

Los análisis físicos y químicos del suelo (Tabla 2 y Tabla 3) fueron realizados antes del inicio de la etapa experimental, con el objetivo de obtener información para efectuar la fertilización, en función a la cantidad de nutrientes existentes del suelo y requerimiento del cultivo.

Tabla 2: Características físicas de los suelos utilizados.

Fuente: Elaborada por los autores.

Tabla 3: Características químicas de los suelos utilizados.

Fuente: Elaborada por los autores.

De manera previa a la incorporación de piedra caliza al suelo, se elevó la humedad del suelo hasta capacidad de campo. Se procuró realizar una mezcla homogénea de piedra caliza en el suelo, puesto que se tenía disponible un periodo de 15 días para la reacción.

Después de realizar el encalado del suelo, se determinó la necesidad de fertilización de fondo y de cobertura para el tratamiento en que se utilizó agua de abastecimiento para el riego, según la recomendación de la EMBRAPA [7] para el cultivo de algodón herbáceo cultivado en la zona del Cerrado.

De acuerdo con los contenidos en los suelos y una producción esperada de 5 t ha^-1, se utilizaron dosis de fertilización de fondo con N y P de 25 kg ha^-1 y 90 kg ha^-1, respectivamente. En el caso del K, fue necesaria la aplicación de 30 kg ha^-1, solamente para el suelo arenoso. Adicionalmente se aplicó azufre a razón de 40 kg ha^-1, mediante el sulfato de magnesio, para los dos tipos de suelos toda vez que el algodón es bastante exigente a este elemento.

Para la fertilización de cobertura se aplicaron 125 kg ha^-1 de N para los dos tipos de suelos, y en el caso del K 140 kg ha^-1 para el suelo arenoso. La aplicación de cobertura fue dividida en dos etapas: en la primera, a los 25 días después de la emergencia (DDE) se aplicó la mitad del N y 40% del K recomendados; en la etapa 2 se aplicó el resto del N y el K, en el inicio de la floración (a los 50 DDE). Los otros tratamientos recibieron estos elementos en la “fertirrigación” con agua residual, hasta los 100 DDE. La piedra caliza fue incorporada manualmente a una profundidad media de 25 cm, en tanto que para la fertilización de fondo, los nutrientes fueron aplicados en surcos a una profundidad aproximada de 10 cm. La fertilización de cobertura fue realizada también mediante la “fertirrigación”.

Para el suministro del agua de riego se utilizó el sistema de riego localizado, utilizándose emisores tipo microtubos de 1,5 mm de diámetro interno, para evitar el taponamiento por las partículas en suspensión presentes en el efluente. La aplicación del agua + fluente fue realizada utilizándose reservorios individuales con capacidad de 310 L, instalados encima una estructura construida con ladrillos y madera, de tal forma de obtener una columna de agua de 1,2 m. Dichos reservorios fueron llenados semanalmente con los volúmenes correspondientes a cada tratamiento.

La determinación de los contenidos de N, P y K en las hojas fue realizada en dos épocas (a los 70 y 115 DDE), mediante el método de extracción por digestión sulfúrica. Para ello, se utilizó 0,4g de materia seca, que fue digerida en 4 mL de ácido sulfúrico, 2 mL de peróxido de hidrógeno y 0,7g de una mezcla digestora compuesta de sulfato de sodio, sulfato de cobre y selenio, en una proporción de 100:10:1, colocado en el bloque digestor durante una hora a una temperatura de 250 °C hasta alcanzar una coloración castaña y después de ese tiempo la temperatura fue elevada a 350°C hasta obtener una coloración verdosa, obteniéndose los extractos que fueron completados hasta un volumen de 50 mL. El bloque digestor utilizado tenía una capacidad para 40 tubos de ensayo, lo que permitió analizar 39 muestras más un tubo de ensayo conteniendo solamente reactivos como prueba en blanco.

En el extracto sulfúrico se cuantificó el nitrógeno por el método de Kjeldahl y el potasio por fotometría de emisión de llama, siguiendo la metodología citada por Tedesco et al. [28] y el fósforo por espectrofotometría, basado en el método de determinación de Braga y Defelipo [3].

Las medias de los resultados fueron comparadas por la prueba de F (al nivel de 5%), utilizándose para ello el del programa SISVAR.

3. Resultados y discusión

De acuerdo con el análisis de varianza (Tabla 4), donde se considera los contenidos de N, P y K en la hoja a los 70 DDE, se verificó que hubo una interacción significativa entre las proporciones de agua residual aplicadas y los tipos de suelos para los contenidos de P y K al nivel de 5% de probabilidad, y efecto significativo independiente para las proporciones de agua residual únicamente para el contenido de K. Con relación a la fuente de variación tipo de suelo ocurrió un efecto significativo para el N y el K al nivel de 1% de probabilidad.

Tabla 4: Resumen del análisis de varianza de los contenidos de N, P y K en función de la fertirrigación con y sin agua residual en dos tipos de suelos a los 70 y 115 DDE. Mossoró-RN, 2010.

Fuente: Elaborada por los autores.

Con relación a la segunda colecta realizada 115 DDE, se observó una interacción significativa únicamente para el K en todas las fuentes de variación estudiadas. Ocurrió un efecto aislado del tipo de suelo para el P y K, y efecto significativo de las proporciones de agua residual solamente para el K.

3.1. Nitrógeno

En el “Latossolo” a los 70 DDE, se verificó que el contenido de nitrógeno fue mayor cuando las plantas fueron fertirrigadas con 100% de agua residual (39,66 g kg^-1), en la cual se obtuvo un incremento de 17% comparado con el tratamiento control T₅. Los otros tratamientos (T₁, T₂ y T₃) presentaron contenidos medios de 32,59; 36,16 y 35,44 g kg^-1, respectivamente (Fig. 1A). En el “Cambissolo”, se observaron mayores valores de N para los tratamientos T₃, T₄ y T₅.

De acuerdo con la misma Figura, se puede evidenciar que pese a que no existe una diferencia significativa, los valores medios de N obtenidos en los dos tipos se encuentran próximos al rango observado por Yamada et al. [30], considerados adecuados para el cultivo de algodón de alta productividad (40 - 45 g kg^-1). Siendo importante resaltar que en este período, el contenido de N disponible para la planta utilizando agua residual es suficiente para atender la demanda del cultivo, toda vez que este nutriente es requerido en gran cantidad por el algodón, durante las fases vegetativa y de florecimiento.

Figura 1: Contenido de N (A) a los 70 DDE y (B) a los 115 DDE.

Fuente: Elaborada por los autores.

En el suelo “Latossolo” a los 115 DDE, se observa un decremento en los contenidos de N en las plantas fertirrigadas con el aumento de las proporciones de agua residual; empero, las plantas que fueron sometidas al T1 presentan valores superiores al T5, registrándose un incremento de 17% (Fig. 1B). Para el “Cambissolo”, se obtuvieron mayores contenidos de N para las plantas que recibieron el T₅, con

38,11 g kg^-1 y menores para los tratamientos T₂ y T₃, con 31,96 y 32,22 g kg^-1, respectivamente. Se observó también un incremento de N en las plantas, en el orden de: 10,72; 4,11; 12,62 y 18,55% sometidas a los tratamientos T₁, T₂, T₃ y T₅, comparado con las plantas cultivadas en el “Latossolo”. Esto puede ser explicado por la mayor disponibilidad de nutrientes para la planta en el “Cambissolo”, en virtud de que este suelo presenta mayor cantidad de materia orgánica, además de poseer una mayor capacidad de retención de sales provenientes del agua residual.

Los resultados encontrados discrepan de alguna manera con los obtenidos por Fonseca et al. [10], usando efluentes en el riego de maíz, puesto que indica que el efluente contribuye para el aumento del contenidos de N en las plantas, incluso más altos que de las plantas cultivadas con el manejo convencional. Por otro lado, confirman los obtenidos por Damasceno [5] cuando cultivó la gerbera fertirrigada con efluentes domésticos tratados con y sin suplementación mineral, quien no observó grandes concentraciones de nutrientes en las hojas de las plantas. Ricci [20] también no obtuvo diferencias en las concentraciones de nutrientes en la parte aérea de la planta cuando comparó fertilización orgánica y convencional.

Asimismo, en la evaluación de los dos tipos de suelos durante el ciclo del algodón, se percibió mayor respuesta en las plantas cultivadas en el “Latossolo”, en virtud de este suelo presenta menor contenido natural de materia orgánica y nitrógeno. Se constató también que este nutriente aumentó en función del mayor aporte de materia orgánica por el agua residual (Fig. 2).

Figura 2: Totales en el limbo foliar del algodón fertirrigado con agua residual y fertilización mineral.

Fuente: Elaborada por los autores.

3.2. Fósforo

Hubo interacción significativa entre los factores estudiados para el contenido de fósforo a los 70 DDE (Tabla 4). En esta misma época, se evidenció que las plantas de algodón que fueron sometidas a los tratamientos T₁, T₂, T₃ y T₄ y cultivadas en el suelo S₁ (“Latossolo”) presentaron incrementos de 27,8; 39,0; 37,3 y 40,11% comparados al tratamiento control (T₅), demostrando que la aplicación de aguas residuales aumentó los niveles de ese nutriente en las plantas cultivadas en el “Latossolo” (Fig. 3). Esto puede ser explicado mediante la cantidad encontrada de fósforo en el suelo, que era bajo, obteniendo así mejor respuesta para los tratamientos con agua residual. En tanto que en el “Cambissolo”, se obtuvo un comportamiento inverso en las plantas cuando fueron sometidas al tratamiento T₅, en el cual se obtuvo mayores contenidos de P (comparado con las plantas que fueron cultivadas con 100% de agua residual (T₄)). Este hecho puede ser explicado debido a que este suelo presenta mayor capacidad de retener ese nutriente, en razón a su mayor capacidad de intercambio catiónico (CIC), según el análisis de fertilidad realizado al inicio del experimento (Tabla 3).

Figura 3: Contenidos de P a los 70 DDE.

Fuente: Elaborada por los autores.

Los resultados de los análisis de los tratamientos en el “Latossolo” a los 115 DDE, muestran que las plantas que recibieron agua residual presentaron valores muy próximos a plantas que no recibieron (control) (Fig. 4). En tanto que en el “Cambissolo” se constató un incremento en el P acumulado a medida que se aumenta el porcentaje de agua residual en la solución aplicada, sin embargo, el tratamiento T₅ y T₄ fueron los que presentaron mayores valores de este nutriente (1,25 g kg^-1). Tal hecho se debe a la cantidad de fósforo del agua residual, y a la mayor CIC del suelo arcilloso, consecuentemente su capacidad de retener mayores cantidades de nutriente.

Figura 4: Contenidos de P a los 115 DDE.

Fuente: Elaborada por los autores.

Analizando los efectos de los tratamientos con y sin agua residual en los suelos estudiados, se verificó que la mejor respuesta de las plantas a la acumulación de ese nutriente fueron en aquellas cultivadas en un suelo arcilloso (“Cambissolo”), donde se destacó el tratamiento convencional, o sea, sin agua residual (T5) con ganancia porcentual de 30% en comparación con T4 (Fig. 5). Los contenidos medios en todo el experimento variaron entre 1,06 y 1,77g kg-1 para el “Latossolo” 1,52 a 2,16 g kg-1 para el “Cambissolo”. No obstante, los valores encontrados para el “Cambissolo” fueron superiores al “Latossolo”, donde están próximos al rango inferior al recomendado por Rosolem et al. [21] que obtuvieron contenidos entre 2,3 y 2,6 g kg-1. Siendo que el rango obtenido en este experimento se encuentra debajo de los resultados obtenidos por Serra et al. [23].

Figura 5: Totales en el limbo foliar de algodón fertirrigado con agua residual y fertilización mineral.

Fuente: Elaborada por los autores.

Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Silva Júnior et al. [24] para el cultivo de banana, también verificaron que los tratamientos con agua residual no difirieron del testigo, el cual presentó un valor medio de 1,17 g kg^-1. Según Brady [2] la disponibilidad de P para los vegetales es determinada razonablemente por la forma iónica de ese elemento y está determinada por el pH de la solución en la que se encuentra este el ión.

El fósforo es un nutriente de alta demanda por el algodón, puesto que estimula el crecimiento radicular, florecimiento y desarrollo de los frutos. Al contrario del N, que prolonga la fase vegetativa de las plantas, el fósforo favorece a la maduración de los capullos, aumenta el rendimiento y la calidad de la fibra [15].

Por tanto, una de las alternativas para la producción de algodón es la fertilización vía orgánica, con el uso de aguas residuales, y la suplementación a través de la fertilización mineral con fósforo, de acuerdo con la fase fenológica de la planta.

3.3. Potasio

En el caso del Potasio se observó el efecto de la interacción entre las proporciones de agua residual y los dos suelos estudiados en las diferentes épocas de colectas, donde se percibió que en el “Latossolo” las parcelas que recibieron proporciones de efluentes a los 70 DDE presentaron mayores valores comparados con el tratamiento con fertilización mineral, en la cual se destacó el T₂ con 25% de agua residual (21,2 g kg^-1), obteniéndose un incremento de 41% con relación al T₅ (Fig. 6). Tal hecho puede ser explicado por las características químicas y físicas de este suelo, sumado a la cantidad de este nutriente aplicado en la fertirrigación, permitiendo así mayor extracción del potasio por la planta. Empero, para el “Cambissolo”, se percibió que las plantas tratadas con T₁, T₂ y T₃ presentaron valores ligeramente superiores de potasio al comparar con las plantas de los tratamientos T₄ y T₅, promoviendo un incremento cercano al del 21%.

Figura 6: Contenido de K a los 70 DDE.

Fuente: Elaborada por los autores.

A los 115 DDE se evidenció que el contenido de K en el “Latossolo” presentó pequeñas variaciones entre los tratamientos, variando de 4,26 a 5,95 g kg^-1. Por otro lado, en el “Cambissolo” se verificó una mayor diferencia entre tratamientos con relación a la acumulación de este nutriente, ocurriendo una reducción de 28% para el tratamiento control (T₅) comparado con el T₂ (Fig. 7A). El contenido de K en la segunda colecta están muy debajo de lo recomendado por Silva et al. [25], que es de (15 a 25 g kg^-1) para las hojas del algodón, encima de 90 DDE. Sin embargo, el contenido en las hojas puede caer progresivamente con el ciclo de la planta [18]. Es importante resaltar que, el algodón acumuló altas concentraciones de K en sus hojas antes de la floración, ocurriendo reducciones significativas después de ese período.

Figura 7: Contenido de K a los 115 DDE (A) y (B) totales en el limbo foliar de algodón fertirrigado con agua residual y fertilización mineral.

Fuente: Elaborada por los autores.

También se observó que la concentración de potasio en la hoja es fuertemente influenciado por la edad de la hoja muestreada y por la fase fisiológica de la planta. De acuerdo con Feigin et al. [9], cuando utilizaron efluente y agua tratada en el riego de algodón no observaron diferencias significativas entre los tipos de agua para contenidos de N, P y K, sin embargo, verificaron que hubo una mayor acumulación de K en las plantas regadas con efluente.

Pese a que se registraron bajos contenidos de potasio en la segunda colecta de plantas, se observó que los valores encontrados en ambos suelos, están dentro el rango recomendado por Silva et al. [25] Además, los valores encontrados para los tratamientos con agua residual fueron superiores al convencional. Comprobándose de esta manera la eficiencia del uso de efluentes en la fertirrigación, trayendo como consecuencia un aumento del contenido de este nutriente en el cultivo de algodón, así como en otros cultivos tales como el maíz y frijol [17], caña de azúcar [13], gerbera [14] y ricino [11], comprobando la viabilidad de la fertilización con agua residual.

De acuerdo a los resultados obtenidos en el presente experimento hubo diferencias en los contenidos de N y P con relación al tratamiento control, constatándose un enorme beneficio para las plantas de algodón cultivadas con agua residual rica en nutrientes orgánicos, además de economizar el uso de agua de buena calidad.

Varios estudios demostraron que la aplicación de agua residual elevó la concentración de macronutrientes en las hojas de las plantas cultivadas [22, 19] y que, de modo general, este aumento es influido por la concentración de nutrientes en el agua.

4. Conclusiones

La utilización de agua residual suple las necesidades nutricionales del algodón en N y K, excepto para P.

En base al contenido foliar de N y K, se concluye que las plantas de algodón regadas con efluente tratado y cultivadas en un suelo “Latossolo” mostraron mayor respuesta en la absorción de dichos nutrientes.