Introducción

El cacao, en Colombia, se convirtió en un cultivo estratégico por su potencial productivo en el marco del desarrollo sostenible. Este cultivo se identifica como una de las prioridades dentro del crecimiento agrícola del país, por suplir la demanda del mercado nacional e internacional, gracias al reconocimiento por la calidad de grano (Contreras 2017, MADS 2018). Dentro de las zonas productoras, Santander es el mayor productor de cacao en Colombia. Las plantaciones se concentran principalmente en zonas de ladera y presentan baja productividad asociada a la degradación y baja fertilidad del suelo. Según lo anterior, se requieren prácticas de manejo que contribuyan a la protección, a la recuperación del suelo de las plantaciones con cacao y a su vez, a la sustentabilidad del cultivo (López et al. 2007, Pabón et al. 2016).

Con la fertilización se proveen los nutrientes poco o no disponibles, en la cantidad apropiada en el suelo, durante el ciclo de crecimiento y desarrollo de la plantación. Convencionalmente, se utilizan fertilizantes de síntesis química, aunque su aplicación continua y elevada no se considera económica ni ambientalmente sostenible. Así, la inclusión del manejo orgánico se convierte en una alternativa que permite conservar, restaurar y mejorar el recurso suelo (Farfán e Hincapié 2011, Pérez 2014, Campos et al. 2015). En este contexto, en los nuevos sistemas productivos, se debe buscar mantener y estabilizar la producción en el tiempo, reducir la entrada de insumos externos y favorecer los ciclos de nutrientes que permitan el uso adecuado del suelo y la conservación de los recursos naturales (Gastón 2008, Paleologos et al. 2017).

El sistema de producción cacaotero contribuye con la sostenibilidad ambiental, con la protección y recuperación del suelo, a través del reciclaje de nutrientes en el sistema con la hojarasca generada, la cual mediante procesos de descomposición y mineralización constituye la principal fuente de elementos minerales para el suelo y posterior nutrición de las plantas. En los sistemas tropicales, la hojarasca deriva alrededor del 80% del total de los bioelementos que ingresan al mantillo (León 2003, Isaac y Nair 2006, Guzmán y Levy 2009, De Alcantara et al. 2014, López et al. 2015, Báez 2018).

Tradicionalmente, la evaluación de esquemas de fertilización, en cacao, se ha direccionado principalmente hacia la producción y calidad de fruto por representar el valor económico del cultivo (Álvarez et al. 2015, Samaniego y Quiñonez 2015, Tuesta et al. 2017, Rosas et al. 2015). Sin embargo, en el contexto de sostenibilidad ambiental, resulta de interés conocer el efecto de la fertilización no sólo sobre la producción de frutos, sino también, sobre la cantidad y calidad de biomasa que aporta el cultivo a través de la hojarasca, ya que la caída y descomposición de ésta representa una vía biológica importante para la transferencia de elementos de las plantas al suelo mediante el reciclaje de nutrientes (Martínez y Leiva 2014). Es así como la presente investigación se desarrolló con el objetivo de evaluar el aporte de biomasa y nutrientes en plantaciones de cacao bajo efectos de fertilización química y orgánica en el municipio de Rionegro, Santander.

Materiales y métodos

Localización y diseño del experimento

El estudio se desarrolló en una finca cacaotera, ubicada geográficamente a 06°46’10’’ latitud norte y 73°05’03.1’’ latitud oeste a 600 msnm, en el municipio de Rionegro-Santander, Colombia, durante el 2012. En la zona se presentó una precipitación promedio anual de 1573 mm, humedad relativa media del 80% y temperatura anual de 21,6ºC?2,5ºC, con brillo solar de 1700 horas. Además, es importante destacar que los datos de precipitación mostraron mayor concentración de lluvia en el segundo semestre del año con 1135,84 mm, acompañada de menores temperaturas, con respecto al primer semestre que presentó 436,7 mm de precipitación con mayores temperaturas (Figura 1). La finca se encuentra en una zona reconocida como zona de vida Bosque húmedo Tropical (Bh-T), según la clasificación de Holdridge (2000), y como una zona agroecológica de Kv, caracterizada por presentar suelos aluviales, textura franco-arcillosa y textura franco-arenosa. Estos terrenos se distinguen por tener un relieve abrupto con pendientes superiores al 50%, características de la cordillera oriental de Colombia (ICA-IGAC 1985).

La parcela se ubicó en una plantación de cacao (CCN51) con 8 años de edad, establecida a una distancia de siembra de 3x3 metros, asociada con la especie de sombrío matarratón (Gliricidia sepium). El manejo convencional realizado por las personas productoras, consistía en la aplicación de fertilizante sintético 15-15-15 en dosis de 100 g.planta^-1, el cual fue empleado como uno de los tratamientos en la investigación. Para la evaluación del efecto de diferentes esquemas de fertilización sobre el aporte de biomasa en hojarasca (kg.ha^-1 MS) y en nutrientes esenciales N, P, K, Ca, Mg (kg.ha^-1), se utilizó un diseño de bloques completos al azar con 4 tratamientos y 3 repeticiones, para un total de 12 unidades experimentales (Tabla 1), conformadas por parcelas de 324 m². Para evitar interferencias entre parcelas, se dejaron 3 surcos entre tratamientos y entre bloques.

La selección de los diferentes tratamientos se basó en el manejo que da la persona productora, en el análisis de suelos y en recomendaciones de manejo empleadas por empresas de producción orgánica. La aplicación de los diferentes tratamientos se inició en el 2009, por lo que se efectuó la aplicación de cal una vez al año en dosis de 1 kg.planta^-1 y 2 fertilizaciones cada 6 meses, de acuerdo con las dosis que se presentan en la Tabla 1.

Variables evaluadas

Aporte de hojarasca

Para determinar el aporte de la hojarasca, se emplearon trampas colectoras (cajas de madera) con un área de captura rectangular de 0,5 m² (1 m x 0,5 m área interior) por 0,1 m de fondo, en la cual se colocó una malla de 1 mm²; elevadas a 0,20 m sobre el nivel del suelo, con 3 trampas por parcela (1,5 m² de muestreo), distribuidas aleatoriamente. Se realizaron recolecciones mensuales durante el año en que se realizó el estudio que se agrupó según época de bajas precipitaciones (BP: enero-junio) y altas precipitaciones (AP: julio-diciembre). El material vegetal colectado en cada trampa se almacenó en bolsas plásticas. Para obtener el valor de materia seca (MS), el componente vegetal se dispuso en bolsas de papel que se llevaron al laboratorio para someterlo a 65ºC hasta alcanzar peso constante. Una vez obtenido el valor de gMS por muestra, los datos se proyectaron a kg.ha^-1 MS para lo cual se consideró el área que ocupaban las trampas de muestreo por tratamiento (1,5 m²), por medio de la siguiente fórmula (Báez 2018).

kg.ha^-1 MS =((g MS por muestra *10000)/1. 5)/1000

Aporte de nutrientes

Para determinar la concentración de nutrientes en el material vegetal colectado se unieron y homogenizaron, las muestras de las 3 trampas para someterlas por proceso de trituración y tamizado en una malla de 1 mm². Se utilizaron 3 sub muestras para determinar el contenido de nutrientes (N, P, K, Ca y Mg) en el laboratorio de tejido vegetal del centro de investigación Tibaitatá (Agrosavia), por medio del método semimicro Kjeldahl para N, colorimetría (Molibdovandato de amonio) para P y espectrofotometría de absorción atómica (EAA) para K, Ca y Mg. De acuerdo con la biomasa aportada por la hojarasca y los contenidos de cada uno de los elementos obtenidos en laboratorio, se realizaron las estimaciones de aporte de cada uno de los elementos, expresados en kg.ha^-1.año^-1.

Análisis estadístico y económico

Los datos obtenidos, se analizaron mediante ANOVA y pruebas de comparación de medias de Duncan (p<0,05) para lo cual se consideró la interacción de 2 épocas del año y 4 tratamientos de fertilización (2 x 4), con la aplicación del software estadístico InfoStat (Di Rienzo et al. 2017). El estudio se acompañó de la metodología desarrollada por Rojas et al. (2017) para la evaluación económica según el aporte de nutrientes al suelo por parte de la hojarasca de cacao en los diferentes tratamientos. Se consideró como base, el equivalente a los precios de los fertilizantes convencionales en el mercado, según a la disponibilidad como formulaciones comerciales simples o compuestas.

Resultados y discusión

Aporte de biomasa

Al analizar el comportamiento de la producción de hojarasca por época del año, se identificó una relación con la fuente de fertilización empleada, donde los tratamientos T2-químico y T3-ecocacao presentaron los mayores aportes de hojarasca en la segunda época del año (AP) con 541,33 kg.ha^-1 MS y 567,20 kg.ha^-1 MS, respectivamente. El tratamiento T1-convencional mostró los aportes más bajos de hojarasca, lo que representó ser estadísticamente diferente en la época de AP con respecto a T2 y T3 (Figura 2).

Un estudio realizado en la región de Ashanti, Ghana-África, Owusu-Sekyere et al. (2006), comparararon la producción de hojarasca en plantaciones de cacao sin la asociación de otra especie arbórea, con respecto a bosque de uso primario y secundario donde reportaron producciones de 6900 kg.ha^-1.año^-1 y 7900 kg.ha^-1.año^-1, respectivamente. Las personas autoras señalan que los mayores aportes de hojarasca ocurrieron en las épocas más secas del año (diciembre-febrero). En la misma región, Dawoe et al. (2009) reportaron un comportamiento similar al observar en plantaciones de cacao del bosque húmedo semi caducifolio, producciones de hojarasca de 4600, 6700 y 8400 kg.ha^-1.año^-1 en plantaciones de 3, 15 y 30 años de edad, respectivamente, e identificaron picos durante el periodo seco y reducción en la época de lluvias. En esta investigación, ese comportamiento se observó en T1-convencional y T4-orgánico+químico. Baéz (2018) en Rionegro-Santander, pues encontraron un mayor aporte de hojarasca en época de menor precipitación, asociado a la defoliación natural que presentan las especies que evaluaron, entre ellas el cacao al entrar en periodos de estrés hídrico.

Según lo anterior, se puede considerar que el T2-químico y el T3-ecocacao, suplieron en mayor medida los requerimientos nutricionales del cultivo en comparación con T4-químico+orgánico y T1-convencional, de manera que en periodos de BP cuando las plantas tienden a experimentar estrés hidrico, se encuentran más vigorosas, por lo cual su defoliación es mayor en época de AP junto con el estado fenológico del cultivo que se encuentra en etapa productiva y de cosecha (Lutheran World Relief 2020). En esa etapa, el aprovechamiento de nutrientes se direcciona hacía la formación y maduración de frutos, por lo cual podría considerarse que la cantidad de hojas en el árbol empieza a reducirse e incrementa la hojarasca en el suelo.

En general, se pudo observar que con los tratamientos T2-químico, T3-ecocacao y T4-orgánico+químico, se obtuvo la mayor producción de hojarasca. Se conoce que el elemento nitrógeno (N) es un nutriente de vital importancia en el crecimiento vegetativo de las plantas, ya que se encontró una correlación entre la cantidad de nitrógeno suministrado y el área foliar, que tiene en cuenta la cantidad de hojas (Hernández 2002, Pérez 2017). En el T1-convencional, que presentó el menor valor en producción de hojarasca, se observó que la composición química (15-15-15) aportaba bajos niveles de N en los 100 g aplicados por planta (15%), mientras que el T2-químico aportaba una mayor concentración de N en los 81 g de urea por planta (46%). De igual manera, en el proceso de elaboración de T3-ecocacao, se emplearon fuentes altamente nitrogenadas como estiércol de bovino, gallinaza y matarratón (Gliricidia sepium), que podrían estar relacionadas con un aporte nutricional que estimuló la producción de hojarasca.

Diferentes estudios han reportado que la fertilización orgánica es una alternativa para el manejo agronómico del cultivo de cacao. Álvarez et al. (2015), concluyeron que los esquemas de manejo orgánico al igual que el manejo químico, favorecen el crecimiento y producción de plantaciones de cacao. De igual manera, Ormeño y Ovalle (2011), en la evaluación de diferentes abonos orgánicos sobre el crecimiento y desarrollo de plantas de cacao, encontraron que el té de estiércol al 20% fue el mejor tratamiento para el desarrollo de las plántulas de cacao y con un adecuado manejo de esquemas de fertilización se pueden obtener buenos rendimientos del cultivo, además del aporte de biomasa que ayuda a mejorar la calidad del suelo por medio del reciclaje de nutrientes. Es reconocido que los abonos orgánicos aportan nutrientes y microorganismos que favorecen la fertilidad del suelo y la disponibilidad de nutrientes para las plantas (Soto y Meléndez 2003, Eghball et al. 2004).

En Quevedo, provincia de Los Ríos-Ecuador, se reportó un aporte anual de hojarasca en cacao de 2.404 kg.ha^-1.año^-1, con la variedad CCN-51 en una plantación de 5 años de edad sin sombrío (Ramírez et al. 2016). De igual manera, al realizar estimaciones del aporte de hojarasca en SAF con cacao en plantaciones de 35 y 55 años de edad en la zona de Ejido Miguel Hidalgo, Tabasco- México, fue reportado que las plantaciones de 35 años presentaron un mayor aporte con 2042 kg.ha^-1.año^-1, en contraste con las de 55 años con 1570 kg.ha^-1.año^-1 (Pérez et al. 2017).

A nivel nacional, en la zona de Urabá-Colombia definida como bh-T, en plantaciones de cacao de 3 años de edad con los genotipos LK-40, FCH-8 y CCN-51, se registró un promedio de acumulación de hojarasca de 4020 kg.ha^-1.año^-1 (Mera et al. 2017). Al comparar con el valor promedio encontrado en la presente investigación (872,81 kg.ha^-1.año^-1 MS), la diferencia identificada, podría estar asociada a diversos factores, entre ellos las condiciones edáficas y climatológicas (Bonilla et al. 2008, Caritat et al. 2006, Pavón et al. 2005), ya que la zona del Urabá presenta mayores valores en precipitación con 2980 mm, temperatura entre 21°C y 34°C y humedad relativa de 84%, lo cual pudo favorecer el desarrollo de biomasa aérea en el cultivo de cacao. Además, se deben considerar las características topográficas del terreno, ya que tienen un fuerte efecto en la disponibilidad de recursos para las plantas (Peña et al. 2012, Toledo et al. 2011) y la zona de estudio en Rionegro-Santander, a diferencia de Urabá-Antioquia, se caracteriza por un relieve quebrado con fuertes pendientes que limita la acumulación de nutrientes principalmente por lixiviación.

En condiciones agroecológicas similares en Rionegro-Santander, la producción de hojarasca en una plantación de cacao de 9 años de edad bajo diferentes sistemas agroforestales, reporta una contribución mínima de 770 kg.ha^-1.año^-1 MS de hojarasca en SAF bajo surco sencillo de teca (Tectona grandis L.f) y máxima en doble surco de abarco (Cariniana piryformis M) con 1730 kg.ha^-1.año^-1 MS de marzo-agosto (Báez 2018). Conforme a lo anterior, se pudo determinar que en la zona de Rionegro-Santander el primer reporte en asociación con teca es inferior, al compararse con el promedio observado en ésta investigación (872,81 kg.ha^-1.año^-1 MS). El segundo reporte con abarco es considerablemente superior. Es así como se evidencia que el tipo de plantación asociada y su distribución, influyen en la cantidad de biomasa producida en el sistema.

Por otra parte, la diferencia al comparar con el estudio de Báez (2018), se logró determinar, ya que la producción de hojarasca es una variable que está relacionada con el tipo de material vegetal (clon). Se identificó además, que cada clon de cacao posee ciertas características, entre ellas el porte de la planta. El clon CCN 51 que conformó la plantación evaluada en esta investigación, se caracterizó por exponer plantas de crecimiento erecto y porte bajo que no tiende a la excesiva ramificación (Salinas y Tomalá 2014), por lo que la producción de hojas se reduce en comparación con otro tipo de clones de porte alto y, por tanto, el aporte de hojarasca tiende a ser menor.

Aporte de nutrientes en hojarasca de cacao Theobroma cacao L

La variación estacional por época del año tuvo efecto sobre el aporte de P, K, Ca y Mg presente en hojarasca de cacao. De forma general, en el 80% de los casos se presentó mayor aporte de nutrientes en época de BP. Para el caso de fósforo (P) se destacó el T1-convencional en la época de AP por presentar el menor aporte, lo que resultó ser estadísticamente diferente (0,17 kg.ha^-1). Para el potasio (K) los mayores aportes se presentaron en época de BP en T2-químico (2,32 kg.ha^-1) y T4-orgánico+químico (2,25 kg.ha^-1), valores que fueron estadísticamente diferentes en comparación con el aporte del T4-orgánico+químico en época de AP (0,50 kg.ha^-1). En calcio (Ca) destacó por su aporte diferencial T4-orgánico+químico en BP (8,89 kg.ha^-1) en comparación con el mismo tratamiento en AP (4,51 kg.ha^-1). Finalmente, magnesio (Mg) presentó valores diferenciales altos en AP para el T2-químico y el T3-ecocacao (1,25 kg.ha^-1) (Tabla 2).

Se observó un mayor aporte de nutrientes en época de bajas precitaciones correspondientes al primer semestre del año (enero-junio), en la zona de Rionegro-Santander. En ese aspecto Enríquez (2006), señaló que el cambio de comportamiento durante las etapas fenológicas de cacao, obedece principalmente a la influencia de la lluvia y la temperatura. Para el cacao se reportan 4 etapas durante al año: de reposo en enero y febrero; de crecimiento vegetativo en marzo, abril, mayo y junio; de período productivo durante julio, agosto y septiembre y cosecha en octubre, noviembre y diciembre (Lutheran World Relief 2020).

Así pues, es evidente que durante el segundo semestre del año que correspondió a época de AP (julio-diciembre), el cultivo se encontraba en período productivo y de cosecha, para el cual se requiere la movilización de nutrientes hacia este proceso y, por tanto, tiende a disminuir su concentración en las hojas, ya que el movimiento de los nutrientes dentro y entre partes de la planta (translocación) ejerce su influencia en la concentración de nutrientes que tiene un tejido en un momento dado. De acuerdo con Barbazán (1998), en cultivos perennes, la concentración de nutrientes en hojas y otros órganos fluctúan con los rebrotes estacionales, crecimiento y desarrollo de frutos.

El elemento K mostró una mayor variabilidad (Tabla 2), que puede asociarse a su carácter móvil, que lo hace fácilmente removible de los órganos foliares por la acción del agua lluvia (Hagen et al. 2006), razón por la cual se podría considerar que sus aportes en época de AP fueron menores.

El aporte anual de nutrientes, de acuerdo con la producción de hojarasca y el contenido de nutrientes fue Ca>N>K>Mg>P, con valores de 6,72-6,29-1,47-0,88 y 0,47 kg.ha^-1.año^-1, respectivamente. El aporte anual de nitrógeno (N) presentó el mayor valor en el T3-ecocacao con 8,11 kg.ha^-1.año^-1, y fue significativamente diferente de T1-convencional, mientras que el aporte de fósforo (P) fue el menor y no mostró diferencia significativa entre tratamientos. En cuanto a potasio (K), el mejor comportamiento se observó en el T2-químico con un aporte de 2,18 kg.ha^-1.año^-1, lo que fue estadísticamente diferente de los demás tratamientos. El mayor aporte de calcio (Ca) se presentó en el T3-ecocacao con 7,74 kg.ha^-1.año^-1. Finalmente, el mejor comportamiento en magnesio (Mg), se presentó en T2-químico y T3-ecocacao con los mayores valores los cuales fueron 1,07 kg.ha^-1.año^-1 y 0,74 kg.ha^-1.año^-1, respectivamente (Figura 3).

Uno de los mayores aportes se evidenció para el caso de N, lo cual podría estar relacionado con la asociación del cultivo de cacao al forestal de sombrio G. sepium, una especie leguminosa con capacidad para fijar nitrógeno atmosférico (Diniz et al. 2015). De acuerdo con Triadiati et al. (2007), la presencia de árboles fijadores de N conduce a un aumento del contenido de N en el suelo, del cual los árboles de cacao también reciben un beneficio que se puede reflejar en su hojarasca.

En la investigación de Mera et al. (2017), se reportaron valores de aporte de nutrientes en kg.ha^-1.año^-1 de 76,2 Ca, 57,0 N, 24,1 K, 25 Mg y 6,3 P. Estos datos señalan que los elementos de mayor aporte a través de la hojarasca son Ca y N; en el mismo sentido, (Báez 2018), en cacao de 9 años de edad establecido en SAF en Rionegro-Santander, reporta un aporte de 12,4 kg.ha^-1.año^-1 de Ca, 9,9 kg.ha^-1.año^-1 de N, 6,3 kg.ha^-1.año^-1 de K y 0,7 kg.ha^-1.año^-1 de P en SAF bajo surco sencillo de teca. Según Ramírez et al. (2016), al evaluar la biomasa de hojarasca en asociaciones de especies forestales con cacao “CCN51” en Ecuador, encontraron que la asociación de cacao + C. arborescens realizó una transferencia de N, K, Ca y Mg de 56,45; 29,54; 73,96 y 16,38 kg.ha^-1.año^-1, respectivamente, lo que evidenció un mayor aporte de calcio y nitrógeno en relación con los demás elementos. El estudio de Pérez et al. (2017), reportó que el aporte de los nutrientes N-P-K-Ca-Mg fue de 25, 9, 26, 36 y 9 kg.ha^-1.año^-1 en plantaciones de 35 años y 24, 13, 25, 29 y 9 kg.ha^-1.año^-1 en plantaciones de 55 años, respectivamente. De igual manera, los resultados de dinámica de nutrientes encontrados en la presente investigación son respaldados por Leiva y Ramírez (2017) quienes afirman que la secuencia de acumulación de nutrientes en las hojas de cacao es: N=Ca>K>Mg >P.

Similar a lo observado en la presente investigación, Guzmán y Levy (2009) evaluaron la producción de biomasa y nutrientes que genera la poda en sistemas agroforestales con cacao y reportaron bajas concentraciones de fósforo, lo que les llevó a concluir que es un elemento limitante, por la escasez que presenta en el ciclaje de nutrientes.

Desde el punto de vista económico, los aportes de hojarasca y nutrientes producidos por el cacao podrían mejorar los ingresos de la persona productora. Al evaluar los diferentes tratamientos, se encontró que al compararse con el tratamiento de la persona productora (convencional) todos presentaron un mejor aporte de nutrientes y su valoración, en términos económicos, fue superior en un 70% para el caso T3-ecocacao; 52% para T4-químico+orgánico y en un 50% para T2-químico (Tabla 3). Si bien, las concentraciones de los nutrientes en las hojas que caen en forma de hojarasca son muy bajas, relacionado con el hecho de que muchas veces estos nutrientes se vuelven a absorver antes de que las hojas caigan, (Hartemink 2005), son un aporte para la nutrición del cultivo de cacao y permiten a la persona productora la reducción en alguna medida en la utilización de agroinsumos.

Conclusiones

Los mayores aportes de hojarasca se presentaron en época de altas precipitaciones para el T3-ecocacao y T2-químico con 567,2 y 541,33,0 kg.ha^-1 MS, respectivamente. Mientras que el T1-convencional presentó los aportes más bajos de hojarasca en las 2 épocas del año.

El mayor aporte de nutrientes en hojarasca de cacao se presentó en época de BP, con diferencias estadísticas para los nutrientes P, K, Ca y Mg; en donde sobresalió el T3-ecocacao como el método de fertilización que promueve mayores aportes.

La dinámica del aporte de nutrientes en la hojarasca de cacao fue Ca>N>K>Mg>P, con valores de 6,72-6,29-1,47-0,88 y 0,47 kg.ha^-1.año^-1, respectivamente.

El T3-ecocacao destacó por su mayor aporte de nutrientes en 3 casos correspondientes a N, Ca y Mg, que representaron un valor económico superior en un 70% con respecto a T1-convencional. Se evidenció que con la integración de fertilizantes orgánicos se puede realizar un aporte importante a la nutrición del cultivo de cacao mediante el reciclaje de nutrientes, que podría contribuir con la reducción en el uso de agroinsumos externos lo cual favorecería económicamente a la persona productora y a la vez, al desarrollo sostenible del sistema productivo.

Agradecimientos

Este estudio fue ejecutado dentro del proyecto “Esquemas de fertilización orgánica y convencional para la producción del sistema productivo cacao (Theobroma cacao) y sus efectos sobre la producción y calidad del grano en las principales regiones productoras” ejecutado por la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Agrosavia) y financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR).

Literatura citada

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