Desiertos, Biotecnología y Remediación de Suelos con Agricultura Orgánica

Desiertos, Biotecnología y Remediación de Suelos con Agricultura Orgánica

Deserts, Biotechnology and Soil Remediation with Organic Agriculture

*Angel Rumualdo Cepeda Dovala y Juan Manuel Cepeda Dovala

*Autores, proyecto de investigación multidisciplinario 02 03 0303 2359. Profesores e Investigadores de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Saltillo, Coahuila.
Correos electrónicos: acdovala@gmail.com y dovala51@hotmail.com

Resumen. En los desiertos la Biotecnología moderna es de crucial importancia para las Ciencias Agronómicas y otros campos del saber, dado que incide además en la salud, alimentación, producción agropecuaria, industrial, en el suelo y el ambiente; en donde los descubrimientos del ADN (Ácido Desoxirribonucleico), hace cincuenta años, representan las firmes bases de esta multidisciplina. El propósito del estudio es: contribuir en el conocimiento actualizado, sobre la remediación de Suelos y el Medio Ambiente en distintos sistemas agronómicos. Se evaluó el uso del agua y el líquido de lombricomposta en relación a la germinación de maíz (Zea mays), considerando estadísticos descriptivos: media ( ), moda (Mo), mediana (Me), varianza (s2), desviación estándar (s), coeficiente de variación (CV), coeficiente de asimetría (CA) y curtosis (K); y se empleo el diseño completamente al azar, con dos tratamientos y cinco repeticiones por tratamiento. Se encontró una respuesta significativa (P<0.05) para la variable número de semillas germinadas de maíz (CV =5.6%), en donde el mejor tratamiento fue el T2 (Tukey α = 0.05), con una = 29 semillas germinadas que representan un 96.7% de germinación; dicho tratamiento (T2) fue el que contenía el fertilizante líquido de lombricomposta, producido por la lombriz de tierra (Eisenia foetida) en estiércol de bovino y ovino, fertilizante orgánico que es un factor muy importante para la agricultura orgánica sustentable en los ambientes desérticos de las zonas áridas y semiáridas.

Palabras clave. ADN, Agricultura Orgánica Sustentable, Biotecnología, Desiertos, Fertilizante orgánico, Germinación, Remediación de Suelos, Lombricomposta, Lombriz de tierra (Eisenia foetida), Maíz (Zea mays).

Abstract. In the deserts modern biotechnology is crucial for Agricultural Sciences and other fields of knowledge, since it also affects the health, nutrition, agricultural production, industrial, in the soil and atmosphere; where the discovery of DNA (Acid Deoxyribonucleic) Fifty years ago, represent the firm foundations of this multidisciplinary. The purpose of the study is to contribute to the updated knowledge on Remediation of Soil and Environment in different agricultural systems. We evaluated the use of water and fluid worm composting bin in relation to the germination of corn (Zea mays), considering statistical descriptive media ( ), mode (Mo), medium (Me), variance (s2), standard deviation (s ), coefficient of variation (CV), asymmetry coefficient (AC) and kurtosis (K); and the job completely randomized design with two treatments and five replicates per treatment. There was a significant response (P <0.05) for the variable number of seeds germinated corn (CV = 5.6%), where the best treatment was the T2 (Tukey α = 0.05), with a = 29 Sprouts representing an 96.7% germination; such treatment (T2) was the one that contained the liquid fertilizer worm composting bin produced by the earth worm (Eisenia foetida) in cattle and sheep manure, organic fertilizer which is a very important factor for sustainable organic agriculture in the desert environments of the Arid and Semi-arid Zones.

Key words. DNA Sustainable Organic Agriculture, Biotechnology, Deserts, Organic Fertilizer, Germination, Soil Remediation, Earth worm (Eisenia foetida), Maize (Zea mays), Worm composting bin.

Introducción.

Definición del problema y ubicación dentro de la problemática general. La Biotecnología moderna es muy importante en los distintos sistemas agronómicos en cuanto a su aplicación en suelos y medio ambiente (Cepeda y Cepeda, 2004; y Cepeda et al., 2006). La Bioremediación de Suelos implica el empleo de microorganismos para eliminar o atenuar la contaminación que se genera en el mismo. Los primeros estudios en Bioremediación de suelos en la UAAAN, fueron realizados por el Departamento de Ciencias del Suelo, iniciaron en 1995 con el convenio UAAAN-COMIMSA, obteniéndose resultados notablemente alentadores en Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos en plantas de gramíneas forrajeras Ray grass (Lolium perenne), Buffel (Cenchrus ciliaris L.) durante 1996 y 1997, al comparase métodos de Bioremediación de suelos con hidrocarburos de PEMEX modificado por COMIMSA-UAAAN en el comportamiento productivo del Rye grass. (Cepeda D., J. M., 1995, 1997, 2003, 2004; y COMIMSA, 1998); también se dan muchos logros para nuestra institución, sobresale un trabajo a nivel maestría en suelos contaminados con hidrocarburo (Castellanos, 1999); y en fertilización orgánica en plantas de cultivos hortícolas de lechuga (Lactuca sativa) (Pérez, 2006), y tomate (Lycopersicum esculentum) (Ramos 2006). Considerando lo anterior, los objetivos fueron: 1. Generar conocimientos en respuesta a las demandas socioeconómicas específicas mediante la biotecnología para la remediación de suelos y del medio ambiente, aplicando líquido de lombricomposta para germinar semillas de maíz. 2. Buscar nuevos procesos y mejorar los existentes mediante la aplicación de fertilización orgánica en semillas de maíz para producir forraje verde hidropónico para consumo animal; y, la hipótesis, Ho: No existen diferencias significativas en el comportamiento productivo de plantas de maíz al utilizar la fertilización orgánica del líquido de lombricomposta.

Materiales y métodos.

El material vegetativo experimental consistió en semillas de maíz, las cuales fueron colectadas en el Rancho “El Refugio”, del Municipio de Saltillo, Coahuila, México, localizado a ocho kilómetros, dentro del área influencia inmediata de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. A las semillas de maíz, se les aplicó dos tratamientos: Agua (T1), y Líquido de Lombricomposta (T2), a razón de cinco repeticiones por tratamiento, con una unidad experimental (UE) de 30 semillas por repetición. La variable de estudio fue número de semillas germinadas. Se obtuvieron los siguientes estadígrafos: Medidas de Tendencias Central: media, moda, mediana; Medidas de Variación: varianza, desviación estándar, coeficiente de variación; además se obtuvo el coeficiente de asimetría y la curtosis, para conocer la forma de la curva normal. Se utilizó el Diseño Completamente al Azar:

Yij = μ + τi + εij

En donde:

i = 1,2 (tratamientos); j = 1,2,3,4,5 (repeticiones); UE = 30 (semillas de maíz)

Yij = Variable en estudio, o bien es, la j-ésima observación del i-ésimo tratamiento
μ = Media poblacional
τi = Efecto del i-ésimo tratamiento
εij = Error experimental
εij ~ NI(0,σ2) = El error experimental se distribuye normalmente independiente, con media cero y varianza σ2.

Se considero el Modelo Probabilístico de la Distribución Normal; los cálculos numéricos se realizaron considerando distintos procedimientos: calculadora solar, el programa estadístico de Microsoft Office Excel (2003) para los estadígrafos descriptivos, el programa de la UANL (Olivares, 1994), y el programa de Statistics Analysis System (SAS, 2005), para el diseño experimental, con el fin de abundar sobre los conceptos de exactitud y precisión.

Al encontrarse diferencias significativas (P<0.05) para la variable de estudio número de semillas germinadas, en el análisis de varianza; se empleó el procedimiento de Tukey con un nivel de significancia α = 0.05 de probabilidad, para escoger la mejor media de los tratamientos en estudio. La información metódica se complementó con los siguientes autores: Cochran, W. G. y G. M. Cox (2003), Ostle, B. (2003) Snedecor, G. W. y G. W. Cochran (2000), Stell, R. G. D. y Torrie, J. H. (2001).

Resultados y Discusión.

En el Cuadro 1, se muestran el número de semillas que germinaron en los dos tratamientos con sus cinco repeticiones, así como los estadígrafos descriptivos de las medidas de tendencia central y de variación, además del coeficiente de asimetría y la curtosis.

Cuadro 1. Semillas germinadas y sus estadísticos descriptivos.

T1 T2
R1 23 30
R2 25 28
R3 21 30
R4 24 29
R5 21 28
Σ 114 145
n 5 5
M 22.8 29
Mo 21 28,30
Me 23 29
s2 3.2 1
s 1.7883 1
CV 0.0784 0.03448
CA 0.0528 0
K -.3245 -3

Fuente: ARCD y JMCD (2006)

El Cuadro 1, tiene los valores observados de los dos tratamientos con sus cinco repeticiones, y a continuación los estadígrafos descriptivos. Aunque los estadígrafos pueden interpretarse dentro de cada tratamiento, es decir leerse por columna, se leerán renglón por renglón, para ir comparando el comportamiento de la variable de estudio número de semillas al aplicarse agua únicamente (T1), y al aplicarse el fertilizante orgánico de lombricomposta (T2).

Medidas de Tendencia Central. Dado que la UE fue de 30 semillas dentro de cada repetición por tratamiento, se puede intuir desde la sumatoria (Σ) que la germinación fue mejor en el T2 que en el T1, al obtenerse el mejor promedio de semillas germinadas de 29, en relación con T1 que fue de 22.8. La moda en el caso del T1 fue unimodal, con el valor de 21 semillas, el cual ocurrió dos veces, en la R3 y en la R5; en tanto que, en el T2 la moda que se observó y que puede ser determinada hasta por una simple inspección de los datos observados, es bimodal, es decir, hubo dos valores que se repitieron dos veces el de 30 (R1 y R3) y 28 (R2 y R5) con relación a la variable en estudio.

Medidas de Variación. La varianza fue mayor en el T1 = 3.2 con respecto al T2 = 1; por ende, la desviación estándar es mayor en T1 que en T2; mientras que el CV se encontró en un rango aceptable de 3.44% (T2) y 7.44%(T1).

Medidas de forma de la curva normal. Asimetría. El comportamiento de la variable de estudio en el T1 tiene una asimetría positiva en tanto que en T2 es prácticamente simétrica con un valor igual a cero. La curtosis fue negativa en ambos tratamientos lo que indica que la forma de la curva es platocúrtica.

La mayoría de los trabajos de investigación reportan el promedio aritmético de las medidas de tendencia central, omitiéndose la moda y la mediana, que son imprescindibles para que otros investigadores sepan si se trata de una curva normal simétrica, cuando son iguales el promedio, la moda y la mediana; o asimétrica, cuando se tiene un resultado distinto en estos tres estadígrafos; o bien, por ello es necesario al menos reportar el coeficiente de asimetría, para conocer si el sesgo estadístico es hacia la derecha o hacia la izquierda en la curva normal, y considerando también, sí es que asumimos que las variables de estudio están dentro del modelo probabilístico de la distribución normal.

Como se puede apreciar en la determinación de los estadígrafos se da un acercamiento muy real sobre el comportamiento de las semillas de maíz, estas determinaciones, ya se han aplicado años atrás en variables de estudio de otros cultivos, como el de Pimentel (2005), quien trabajo con genotipos de tomate procedentes de Israel. Referente al aspecto metódico ver: Cochran, W. G. y G. M. Cox (2003), Ostle, B. (2003) Snedecor, G. W. y G. W. Cochran (2000), Stell, R. G. D. y Torrie, J. H. (2001); y para los nutrimentos para la germinación de plantas de maíz en hidroponia, ver a Resh (2001), y en aspectos genéticos (Cepeda 2003 y 2005).

El porcentaje de germinación dentro de cada tratamiento, puede calcularse fácilmente, considerándose la sumatoria (Σ) del Cuadro 1, que representan las semillas germinadas, en donde se obtuvo un 76% (T1) y un 96.67% (T2), en tanto que, el porcentaje total de germinación fue del 86.33%.

Es importante mencionar que la variable número de semillas germinadas, por lo general tienen una distribución probabilística continua como lo es la Normal de Gauss; en tanto que las variables expresadas en porcentaje (%), en una mayoría de ocasiones no siguen la curva normal, y pueden pertenecer a otra distribución, sea continua o discreta; por lo tanto, es necesario hacer la transformación angular arco seno raíz cuadrada de x porcentaje, por ejemplo, para que se asemeje a la curva normal. Una ves transformados los datos debe procederse a realizar el análisis de varianza acorde con el diseño empleado, sino se realiza la transformación es muy probable que se llegue a conclusiones erróneas.

Ahora bien, en una visión de conjunto al emplear un diseño completamente al azar, permitirá profundizar más en el conocimiento del comportamiento de la variable de estudio. El Cuadro 2, muestra el análisis de varianza del diseño completamente al azar para probar las hipótesis: H0: T1 = T2 -vs- H1: Al menos un tratamiento es diferente.

Cuadro 2. Análisis de varianza para la variable número de semillas germinadas. (Ver el cuadro en la barra lateral de esta pagina web)

F calculada = 45.76
F tabulada .05 = 5.32
F tabukada .01 = 11.26
* Significativo al 5% de probabilidad (P<0.05)
CV = 5.6%; Tukey .05 = 2.1127
Fuente:ARCD y JMCD (2006)

Regla de Decisión: Dado que F calculada es mayor que F tabulada se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alternante de que al menos un tratamiento es diferente; y al realizar la prueba de Tukey se encontró que el mejor comportamiento de semillas germinadas fue al que se le aplicó el
líquido de la lombricomposta (T2). (Stell, R. G. D. y Torrie, J. H., 2001).

Conclusiones

1. La aplicación de Lombricomposta en la germinación de semillas de maíz obtuvo el mejor comportamiento (96.67%) en el T2 (P<0.05), y representa una alternativa de agricultura orgánica sustentable, en donde los habitantes de las zonas áridas y semiáridas pueden beneficiarse con el empleo de este fertilizante orgánico líquido para le remediación de suelos, con el enfoque de la multidisciplina moderna de la biotecnología.

2. El uso del fertilizante líquido de lombricomposta puede ser muy útil en la germinación de semillas de plantas del desierto, por mencionar, de las familias de las Mimosas: las del genero Acacia (huizache) o del género Prosopis (mesquite), y de otros géneros y especies, palma china (Yuca filifera), nopal (Opuntia spp.), maguey (Agave sp.), y Pino piñonero (Pinus cembroides).

3. El análisis descriptivo a través de las Medidas de Tendencia Central (media, moda, y mediana), las Medidas de Variabilidad (varianza, desviación estándar y coeficiente de variación), las Medidas de Forma (coeficiente de asimetría y curtosis), permiten un excelente acercamiento preliminar en las variables de estudio en la investigación agrícola sustentable.

4. Acorde con los estadígrafos descriptivos, dentro de tratamientos, el T2, se perfilo como el mejor tratamiento al obtener el mejor número de semillas germinadas con un promedio de 29, se obtuvo la menor varianza y el menor coeficiente de variación con un 3. 44%, en tanto que el T1 fue menor en numero de semillas germinadas que obtuvo en promedio 22.8, una mayor varianza, y un CV = 7.44%

5. El coeficiente de asimetría la curva normal fue asimétrica positiva en el T1, en tanto que en T2 es prácticamente simétrica con un valor igual a cero. La curtosis fue negativa en ambos tratamientos lo que indica que la forma de la curva es platocúrtica.

6. Al realizar el análisis de varianza del diseño completamente al azar se encontró que la F calculada es mayor que F tabulada, por lo tanto se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alterna de que al menos un tratamiento es diferente en cuanto a la variable de estudio número de semillas (P<0.05), al aplicarse agua (T1) y el líquido de lombricomposta (T2), que resulto ser el mejor (Tukey), un CV = 5.6%.

7. En los lugares donde no hay acceso al Internet, la calculadora solar es una buena alternativa de calculo de estadígrafos, pudiéndose corroborar después con el programa Excel, que es más rápido, aunque con la misma exactitud.

8. El procedimiento de análisis estadístico a través de SAS es más preciso, que los otros procedimientos empleados, en los estudios realizados.

9. El procedimiento de Diferencia Significativa Honesta (DSH), mejor conocida como prueba o método de Tukey, es de mejor precisión, dado que declara estadísticamente nulas ciertas diferencias entre medias de tratamiento que otros procedimientos las consideran significativas, por ejemplo DMS o Duncan.

10. Es deseable que las futuras investigaciones sobre fertilización orgánica en los desiertos, tanto en zonas áridas y semiáridas como en el trópico húmedo o seco, se empleo el procedimiento de Scheffé, que es más riguroso que el de Tukey, para las comparación de medias de tratamiento, mejorando la precisión de la investigación agrícola y ambiental.

Agradecimientos. Se agradece a los Señores Lombricultores José Angel Cepeda Ballesteros y Omar Osmin Garza Morales del Rancho el Refugio; y la M. A. Sonia Margarita Cepeda Ballesteros de la Empresa Atención Técnica Industrial, ATI, S. A. de C. V. Saltillo, Coahuila, México.

Literatura Citada

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