Cambios en la actividad enzimática del suelo por la aplicación de restos de poda en cultivos subtropicales
- Autores: Marino Pedro Reyes Martín
- Directores de la Tesis: Emilia Fernández Ondoño (dir. tes.), Maria del Carmen Hidalgo Jiménez (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2024
- Idioma: español
- ISBN: 9788411954105
- Número de páginas: 238
- Tribunal Calificador de la Tesis: Agustín Merino García (presid.), Francisco José Martín Peinado (secret.), Erika Da Silva Dos Santos (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología Fundamental y de Sistemas por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
RESUMEN GENERAL:
Los cambios en el uso del suelo impactan en el cambio climático, pudiendo acelerarlo o ralentizarlo. Sin una gestión sostenible del suelo es imposible abordar la crisis climática, producir suficientes alimentos ni adaptarnos a un clima en cambio. Mejorar la salud de los suelos es crucial. La calidad y salud del suelo, dentro de la edafología, son conceptos fundamentales que se refieren a su capacidad para mantener funciones ecológicas y productivas del mismo. Evaluar la calidad del suelo mediante indicadores físicos, químicos y biológicos es esencial para entender su salud y aplicar prácticas sostenibles. Las actividades enzimáticas del suelo, como la deshidrogenasa, ß-glucosidasa, fosfatasa, ureasa, proteasa y celulasa, son indicadores sensibles de la calidad y actividad biológica del suelo. Su estudio revela cómo el manejo agrícola afecta la calidad del suelo, la disponibilidad de nutrientes y a la capacidad del suelo para sostener la vida vegetal y animal.
La iniciativa "4 por 1000" propone prácticas sostenibles para aumentar el secuestro de carbono en el suelo y reducir las emisiones de dióxido de carbono. El uso de cubiertas vegetales y restos de poda en la agricultura contribuye a este objetivo al mejorar la calidad del suelo, aumentar su capacidad de retención de agua y promover la biodiversidad. Esta práctica de aplicación de restos de poda lleva años realizándose en olivar, por lo que son un buen escenario para estudiar los cambios en la calidad del suelo mediante las actividades enzimáticas. El reciclaje de restos vegetales, como los provenientes de las podas de mantenimiento de cultivos y jardines, puede mejorar la calidad del suelo y contribuir al almacenamiento de carbono. La composición química de estos residuos vegetales afecta su capacidad para liberar nutrientes y fomentar la actividad microbiana del suelo. El embolsado es una técnica útil para estudiar el proceso de mineralización de los restos de poda en condiciones controladas.
La temperatura y la disponibilidad de nutrientes en el suelo influyen en la calidad y rendimiento de los cultivos, especialmente en regiones con climas característicos como el sur de España. Comprender estos efectos puede ser crucial para promover prácticas agrícolas sostenibles y mejorar la calidad del suelo en cultivos tropicales como el aguacate, chirimoya y mango.
La presente tesis se divide en tres bloques con diversos capítulos con el objetivo de estudiar: la influencia del manejo del cultivo sobre la calidad del suelo del olivar (resultados I, capítulo 1); la composición de los restos de poda, liberación de nutrientes de los mismos al suelo y cambios en la actividad enzimática (resultados II, capítulos 2 y 3); y los efectos de la aplicación de restos de poda en frutos de aguacate y chirimoyo (resultados III, capítulos 4 y 5).
En el capítulo 1 es estudia la influencia del manejo del cultivo, la presencia de cubiertas y aplicación de restos de poda afecta a las actividades enzimáticas del suelo de olivares con diferentes intensidades de manejo de Portugal. Tras el análisis de las actividades enzimáticas y demás características del suelo, nuestros resultados resaltan la importancia del manejo del cultivo en la calidad del suelo.
En la segunda parte de la tesis nos centramos en la caracterización y liberación de nutrientes de los restos de poda. En el capítulo 2 se realiza una caracterización de los restos de poda de cultivos de la costa subtropical de Andalucía mediante el análisis del contenido en fibras de celulosa, hemicelulosa, lignina y otros extractos, así como en C y N. Además, se correlacionan estas variables con la pérdida de peso de los restos de poda. Los resultados mostraron que los restos de poda de los diferentes cultivos y jardines sufrieron una intensa mineralización que se reflejó en grandes pérdidas de peso a lo largo de los experimentos. Compuestos como la lignina fueron los últimos en verse afectados por la degradación microbiana.
En el capítulo 3 nos centramos en la liberación de macro y micronutrientes de los restos de poda aplicados en cultivos de aguacate, chirimoyo y mango, y cómo afecta esto a las propiedades físicas, químicas y biológicas (actividades enzimáticas) del suelo de estos cultivos. Los resultados obtenidos sugieren que las características microclimáticas condicionan significativamente el curso temporal de la mineralización de los restos de poda en los diferentes cultivos subtropicales sobre el mismo suelo.
En la tercera parte de esta tesis estudiamos cómo la aplicación de los restos de poda afecta a los frutos de los cultivos estudiados. En el capítulo 4 se muestra en qué medida el uso de restos de poda afecta a la composición en nutrientes de las diferentes partes del fruto del aguacate (piel, pulpa y semilla). En general no hubo diferencias significativas en el contenido de macro y micronutrientes de las distintas partes del fruto. Sólo la pulpa del aguacate mostró alguna diferencia con la aplicación de restos de poda de jardines.
En el capítulo 5 se estudian los cambios en la composición de la piel, pulpa y semilla del fruto del chirimoyo tras la aplicación de restos de poda al suelo del cultivo. La semilla de chirimoya fue la parte del fruto que primero mostró cambios tras aumentar la disponibilidad de nutrientes con la adición de restos de poda. Aunque no se observaron cambios significativos en la concentración de nutrientes durante los años de muestreo, debería considerarse el uso de los restos de poda como mulch en la agricultura para superar los posibles efectos desfavorables provocados por condiciones ambientales adversas y para mejorar la producción de los cultivos.
El estudio comparativo de olivares en Portugal revela cómo el manejo del suelo y la cubierta vegetal afectan la calidad del suelo y las actividades enzimáticas asociadas. Los olivares intensivos muestran una influencia positiva de la cubierta vegetal en la salud del suelo, con una mayor acumulación de carbono y nitrógeno, así como un aumento en las actividades enzimáticas. La cubierta vegetal se ve afectada por factores climáticos y características específicas del suelo. El pH del suelo influye en la disponibilidad de nutrientes y la actividad microbiana. Las actividades enzimáticas varían según el tipo de suelo y las prácticas de manejo. La aplicación de restos de poda afecta la mineralización y la liberación de nutrientes en el suelo. Además, influye en las propiedades del suelo y las actividades enzimáticas, lo que repercute en la calidad de la fruta. El efecto de la radiación solar y el estrés hídrico en la composición mineral de los frutos se destaca, así como la importancia del mulching en la disponibilidad de nutrientes. Estos hallazgos subrayan la importancia del manejo del suelo y las prácticas agrícolas en la producción y calidad de las frutas.
Las experiencias realizadas revelan conclusiones importantes sobre el manejo de olivares, la aplicación de restos de poda en cultivos subtropicales, la mineralización de estos restos en diferentes cultivos, su influencia en la calidad del suelo y la composición de frutas como el aguacate y la chirimoya. Las diferentes prácticas agrícolas del olivar y la intensidad de manejo del cultivo influyen considerablemente en las actividades enzimáticas y en la calidad del suelo. El olivar de Lisboa con manejo intensivo tiene en general mayores concentraciones de nutrientes y actividades enzimáticas, lo que sugiere una relación directa entre el manejo del cultivo y la calidad del suelo. La práctica de aplicar restos de poda en olivares puede extenderse a cultivos subtropicales para enriquecer el suelo. La rápida mineralización de los restos de poda aplicados en cultivos de aguacate, chirimoya y mango, influenciada por factores como el riego y el clima, permite su aplicación directa para mejorar la calidad del suelo. Aplicar restos de poda no altera significativamente la concentración de nutrientes en el fruto del aguacate, pero el clima y la vecería propia del cultivo sí influyen en el tamaño y la calidad de los frutos. La chirimoya es rica en nutrientes. Los restos de poda sólo afectaron significativamente a las concentraciones de algunos nutrientes en las semillas, mientras que piel y pulpa no se vieron afectadas. Este estudio destaca la influencia del manejo agrícola, la mineralización de restos de poda y el clima en la calidad del suelo y la producción de olivos, aguacates y chirimoyas, ofreciendo estrategias para una gestión más sostenible y productiva de estos cultivos.
GENERAL SUMMARY:
Changes in land use impact climate change, either accelerating or slowing it down. Addressing the climate crisis, producing enough food, or adapting to a changing climate is not possible without sustainable soil management. Improving soil health is essential. Soil quality and health, within the field of soil science, are fundamental concepts referring to its ability to maintain ecological and productive functions. Evaluating soil quality through physical, chemical, and biological indicators is essential for understanding its health and applying sustainable practices. Soil enzymatic activities, such as dehydrogenase, ß-glucosidase, phosphatase, urease, protease, and cellulase, are sensitive indicators of soil quality and biological activity. The study of these features reveals how agricultural management affects soil quality, nutrient availability, and the soil's ability to sustain plant and animal life.
The "4 per 1000" initiative proposes sustainable practices that increase soil carbon sequestration and reduce carbon dioxide emissions. The use of cover crop and pruning waste in agriculture contributes to this goal by improving soil quality, increasing water retention capacity, and promoting biodiversity. The application of pruning waste has been a long-standing practice in olive groves, making them a suitable scenario for studying changes in soil quality through enzymatic activities. Recycling plant residues, such as those from crop and garden maintenance pruning, can improve soil quality and contribute to carbon storage. The chemical composition of these plant residues affects their ability to release nutrients and promote soil microbial activity. Bagging is a useful technique for studying the mineralization process of pruning waste under controlled conditions.
Soil temperature and nutrient availability influence crop quality and yield, especially in regions with characteristic climates such as southern Spain. Understanding these effects is crucial for promoting sustainable agricultural practices and improving soil quality in tropical crops such as avocado, cherimoya, and mango.
This thesis is divided into three sections, each with various chapters aimed at studying: the influence of crop management on olive grove soil quality (Results I, Chapter 1); the composition of pruning waste, their nutrient release to the soil, and changes in enzymatic activity (Results II, Chapters 2 and Chapter 3); and the effects of pruning waste application on avocado and cherimoya fruit (Results III, Chapter 4 and Chapter 5).
Chapter 1 examines how crop management, the presence of cover crop, and pruning waste application affect soil enzymatic activities in olive groves with different management intensities in Portugal. Our results highlight the importance of crop management in soil quality after analyzing enzymatic activities and other soil characteristics.
The second part of the thesis focuses on the characterization and nutrient release of pruning waste. Chapter 2 characterizes pruning waste from subtropical coastal crops in Andalusia by analyzing cellulose, hemicellulose, lignin, and other extract contents, as well as C and N. These variables are correlated with pruning waste weight loss. The results showed that pruning waste from different crops and gardens underwent intense mineralization reflected in significant weight losses throughout the experiments. Compounds like lignin were the last to be affected by microbial degradation.
Chapter 3 explores on the release of macro and micronutrients from pruning waste applied in avocado, cherimoya, and mango crops and how this affects soil physical, chemical, and biological properties (enzymatic activities). The findings indicate that microclimatic characteristics significantly influence the temporal course of pruning waste mineralization in different subtropical crops on the same soil.
The third section of the thesis presented here investigates how pruning residue application affects the fruits of the studied crops. Chapter 4 analyzes the extent to which pruning waste use affects the nutrient composition of different parts of the avocado fruit (peel, pulp, and stone). Overall, no significant differences were observed in the macro and micronutrient content of different fruit parts. Only avocado pulp showed some differences with the application of garden waste.
Chapter 5 examines the changes in the composition of the peel, pulp, and seed of cherimoya fruit resulting from pruning residue application to the crop soil. The cherimoya seed was the fruit part that showed changes first after increasing nutrient availability with the addition of pruning waste. Although no significant changes in nutrient concentration were observed during the sampling years, the use of pruning waste as mulch in agriculture should be considered to mitigate potential adverse effects caused by environmental conditions and to enhance crop production.
The comparative study of olive groves in Portugal has demonstrated the significance of soil management and cover crop affect soil quality and associated enzymatic activities. Intensive olive groves show a positive impact of cover crop on soil health, with higher carbon and nitrogen accumulation, as well as increased enzymatic activities. Cover crop is affected by climatic factors and specific soil characteristics. Soil pH influences nutrient availability and microbial activity. Enzymatic activities vary depending on soil type and management practices. Pruning waste application affects soil mineralization and nutrient release. It also influences soil properties and enzymatic activities, which affect fruit quality. The effect of solar radiation and water stress on fruit mineral composition is highlighted, as well as the importance of mulching in nutrient availability. These findings underscore the importance of soil management and agricultural practices in fruit production and quality.
The experiments conducted reveal important conclusions about olive grove management, pruning waste application in subtropical crops, the mineralization of these pruning waste in different crops, their influence on soil quality, and the composition of fruits such as avocado and cherimoya. Different olive grove agricultural practices and crop management intensity considerably influence enzymatic activities and soil quality. Lisbon's intensively managed olive grove generally has higher nutrient concentrations and enzymatic activities, suggesting a direct relationship between crop management and soil quality. Furthermore, the practice of applying pruning waste in olive groves can be extended to subtropical crops to enrich the soil. The rapid mineralization of pruning waste applied in avocado, cherimoya, and mango crops, influenced by factors such as irrigation and climate, allows for their direct application to improve soil quality. The impact of pruning waste on the nutrient concentration in avocado fruit is minimal, but climate and the crop's inherent bearing have an effect on fruit size and quality. Cherimoya is rich in nutrients. Pruning waste only significantly affected the concentrations of some nutrients in the seeds, while the peel and pulp were not affected. This study highlights the influence of agricultural management, pruning waste mineralization, and climate on soil quality and the production of olives, avocados, and cherimoyas, offering strategies for more sustainable and productive management of these crops.
