Resumen

  La caoba (Swietenia macrophylla) es una especie importante por su madera y sus usos en la reforestación. Para comprobar las diferencias en el crecimiento, entre dos tipos de tratamientos (organico e inorganico) se usó una población de cincuenta árboles y se separaron en tres grupos: NPK (16), Compost(16) y Control (18). A todos se les tomaron medidas iniciales y finales de cantidad de hojas y altura del tallo (cm), posteriormente se tomó una hoja de cada árbol para medir peso fresco y seco con el objetivo de obtener una diferencia numérica y relacionarla con la cantidad relativa de agua (CRA) de cada árbol. Por último se obtuvo un indicador de la compactación de la copa con la fórmula: número de hojas finales/altura final. De las mediciones anteriores se obtuvo que la CRA fue mayor en el tratamiento de control y en NPK fue la menor,esto se podría explicar por el exceso de nitrógeno del tratamiento NPK. Por otra parte el crecimiento fue mayor en el tratamiento NPK, gracias a la gran cantidad de nitrógeno que había en el sustrato, se realizó una prueba LSD de Fisher para estas variables y se obtuvieron diferencias significativas entre Compost-NPK y Control-NPK. Para la compactación de la copa no se obtuvo diferencias significativas. Esto indica que el abono NPK es el mejor para el cultivo de caoba, porque logra un mayor crecimiento de la planta aunque tenga menor cantidad de agua.

Palabras claves: Caoba, Abono, NPK, Compost, Sustratos

Introducción

   Los árboles de caoba (Swietenia macrophylla), pertenecientes a la familia Meliaceae, en su estado natural podría alcanzar entre los 35 y 50 metros de altura, y en algunos casos sobrepasan estas alturas (Lamb,1966). Estos árboles son de gran importancia comercial ya que su madera es catalogada como “la más fina del trópico húmedo”; es dura y resistente al deterioro; en general se usa para mueblería, ornamentación y en algunos programas de reforestación (Pérez, 2017).
   Para la producción y manejo de los cultivos, se han utilizado diferentes formas de controlar y mejorar el desarrollo de las plantas a través de diversos métodos de cultivo tales como el tratamiento y la preparación de los terrenos adecuados. La principal función de los sustratos es su capacidad para la retención de nutrientes y agua. Estas características aportan al intercambio gaseoso y también sirven como anclaje para el sistema radicular de la planta; sus componentes pueden ser orgánicos o inorgánicos, por lo que es necesario conocer y las propiedades químicas y físicas de los ingredientes que se utilizan para la preparación de los mismos, para así garantizar que la mezcla de sustrato que se produzca, sea inofensiva y cumpla con las necesidades y características de la planta (Bloodnick, 2018).
   Se puso a prueba dos tratamientos (abonos): uno de compost que es elaborado en la Universidad Nacional hecho de cáscaras suaves, cáscaras de huevos y residuos cocidos y uno “inorgánico” es decir, una sustancia química con concentraciones específicas de nutrientes, el que se utilizó fue uno con :Nitrógeno 19%, Fósforo 4% y Potasio 19% (NPK) ,para comparar su eficacia en el crecimiento de una planta, en este caso se escogió la caoba por su importancia comercial y velocidad de crecimiento en sus primeros años de vida.
   Para determinar cuál de los tratamientos es el más eficiente para el cultivo de la caoba se puso a prueba por seis semanas, dos grupos de árboles de caoba, unos con el compost y otros con el NPK, (además dejar otro grupo sin tratamiento como control) para luego comparar el crecimiento, cantidad relativa de agua de las hojas y la compactación de la copa de los tres grupos de árboles.

Materiales y métodos

Área de estudio
   El estudio se llevó a cabo en el Vivero Forestal de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional de Heredia, Costa Rica. La temperatura y precipitación anual es de 22 °C y 2131 mm, respectivamente. Los árboles están ubicados a cielo abierto, con las mismas condiciones para la investigación.
Diseño experimental
   Se seleccionaron cincuenta individuos de la especie Swietenia macrophylla. Los árboles fueron trasplantados a bolsas de almácigo de tamaño 12x8 cm, se utilizó tierra libre de tratamientos y se esperó una semana para que se adaptaran al nuevo sustrato. De los cincuenta individuos, se dividieron en tres grupos; a) testigo (18 individuos): A estos no se les aplicó ningún tratamiento,se dejó que crecieran de forma natural. b) inorgánico (16 individuos): Se sometieron al abono un aproximado 3.26g de NPK 19-4-19, nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). c) orgánico (16 individuos): Se les aplicó una capa de compost en el sustrato (hecho de hojas y cáscaras suaves). Cada individuo fue rotulado con el número del árbol y fueron separados en grupos por cada tratamiento.
   El tratamiento se aplicó durante 6 semanas y se tomaron medidas iniciales el 22 de agosto y las finales el 03 de octubre, las medidas tomadas fueron de a) altura: en centímetros, tomadas con cinta métrica desde la base del sustrato hasta el ápice del árbol y b) número de hojas y se hizo un conteo de ellas.En la última medición se recolectó una hoja por individuo, y fueron recolectadas en bolsas de papel. Seguidamente se les extrajo 4 discos foliares a cada hoja con un tubo de metal afilado, y se pesaron en una balanza analitica para obtener el peso fresco. Posteriormente los discos fueron secados en un horno por 72 horas y se volvieron a pesar para obtener el peso seco.
   A partir de los datos extraídos para la estimación del contenido relativo de agua (CRA),se tomó el peso fresco y seco a partir de la fórmula contenido de agua ((Pf-Ps)/Pf) y se creó un indicador de compactación de la copa mediante la fórmula (NLf/Hf), donde NLf= número de hojas finales y Hf= altura final

Análisis de datos

   Se realizó una recopilación de los datos tomados en el campo para originar modelos estadísticos, y elaborar gráficos generadores de información útil que facilite el análisis de la información. Todos los análisis estadísticos realizados para este proyecto fueron generados con el lenguaje de programación R, versión 3.6.1.
   Respecto a las variables de diferencia de crecimiento (DifCrec), cambio de número de hojas (CambHoja), contenido relativo de agua (CRA) e índice de compactación de copa (IndCompacCop) relacionadas a los diferentes tratamientos de abono fueron evaluadas mediante un análisis de varianzas (ANDEVA).
   Primero, se determinó la normalidad mediante una prueba de shapiro(shapiro.test), para determinar la simetría de los residuos.
   Para las variables contenido relativo de agua (CRA), diferencia de crecimiento (DifCrec) e índice de compactación de la copa (IndCompacCop) se utilizó la prueba C de Cochran para analizar la homocedasticidad. posteriormente se aplicó la prueba no paramétrica de Kruskal - Wallis (α = 0.05) y posterior post-hoc de LSD (α = 0.05).
   Con respecto al cambio de hojas, dado que los residuos fueron paramétricos, se probó la homocedasticidad con la prueba de Levene, luego se aplicó la prueba para datos paramétricos, Fisher (α = 0.05) y posterior post-hoc de LSD (α = 0.05).
   Para determinar la relación entre las variables estudiadas se procedió a realizar correlaciones, con el fin de conocer si existe o no, dependencia significativa entre ellas, esto partiendo de la teoría y análisis estadístico, que asocia el comportamiento de una variable debido al efecto de otra. Para esta investigación en cada correlación se asoció primero las variables para cada tipo de tratamiento de forma individual y luego para todos los tratamientos en conjuntos de la siguiente manera: a)Contenido relativo de agua y diferencia de crecimiento b) Contenido relativa de agua y cambio de hojas, c) Diferencia de crecimiento y cambio de hojas. Para los datos paramétricos se utilizó la prueba con el método de Pearson, y para los datos no paramétricos se usó el método de Spearman.

Resultados

   La investigación inició con 50 árboles, de los cuales todos sobrevivieron el transcurso del proyecto.
   Se encontró que en tanto al CRA, fue mayor en el tratamiento control (0.69±0.11, n=18), seguido del tratamiento de compost (0.54±0.17, n=16) y por último el tratamiento con NPK (0.37±0.11, n=16) de manera significativa (KW=22.81; gl=2.47; p<0.05). De igual forma se realizó una prueba LSD de Fisher, y se encontraron diferencias significativas entre Compost-Control (p<0.05), Compost-NPK (p<0.05) y Control-NPK (p<0.05).
## Loading required package: carData
##             Df Sum Sq Mean Sq F value   Pr(>F)    
## Tratamiento  2 0.8387  0.4194   22.81 1.19e-07 ***
## Residuals   47 0.8640  0.0184                     
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
##  Shapiro-Wilk normality test
## 
## data:  resid(aovCT)
## W = 0.92848, p-value = 0.004845
## Compost Control     NPK 
##      16      18      16
## 
##  Cochran test for outlying variance
## 
## data:  cra ~ tratamiento
## C = 0.5335, df = 16.667, k = 3.000, p-value = 0.07135
## alternative hypothesis: Group Compost has outlying variance
## sample estimates:
##    Compost    Control        NPK 
## 0.02978271 0.01333010 0.01271219
## 
##  Kruskal-Wallis rank sum test
## 
## data:  CRA and Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 30.667, df = 2, p-value = 2.192e-07
## 
##  Pairwise comparisons using Wilcoxon rank sum test 
## 
## data:  CRA and Tratamiento 
## 
##         Compost Control
## Control 0.00142 -      
## NPK     0.00065 8.8e-07
## 
## P value adjustment method: none
Figura 1. Contenido relativo de agua en arboles con abono compost, NPK y control.

Figura 1. Contenido relativo de agua en arboles con abono compost, NPK y control.

  También se reportó que en tanto al cambio de altura, fue mayor en el tratamiento con NPK (5±1.95, n=16), seguido del tratamiento de compost (3.33±1.26, n=16) y por último el tratamiento control (3.29±3.07, n=18) de manera significativa (F=3.02; gl=2.47; p<0.05). De igual forma se realizó una prueba LSD de Fisher, y se encontraron diferencias entre Compost-NPK (p<0.05) y Control-NPK (p<0.05), pero no entre Compost-Control (p>0.05)
##             Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)  
## Tratamiento  2  31.13  15.566   3.028 0.0579 .
## Residuals   47 241.61   5.141                 
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
##  Shapiro-Wilk normality test
## 
## data:  resid(aovDT)
## W = 0.78283, p-value = 3.606e-07
## 
##  Cochran test for outlying variance
## 
## data:  difc ~ tratamiento
## C = 0.6359, df = 16.667, k = 3.000, p-value = 0.004212
## alternative hypothesis: Group Control has outlying variance
## sample estimates:
##  Compost  Control      NPK 
## 1.594292 9.442222 3.812000
## 
##  Kruskal-Wallis rank sum test
## 
## data:  DifCrec and Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 9.7511, df = 2, p-value = 0.007631
## 
##  Pairwise comparisons using Wilcoxon rank sum test 
## 
## data:  DifCrec and Tratamiento 
## 
##         Compost Control
## Control 0.2991  -      
## NPK     0.0213  0.0046 
## 
## P value adjustment method: none
Figura 2. Diferencia en el cambio de altura entre los distintos tratamientos.

Figura 2. Diferencia en el cambio de altura entre los distintos tratamientos.

   De la misma manera se halló que en tanto al cambio de hojas, fue mayor en el tratamiento con NPK (10.37±4.24, n=16), seguido del tratamiento de compost (5.18±3.7, n=16) y por último el tratamiento control (3.27±4.23, n=18) de manera significativa (F=13.49; gl=2.47; p<0.05). De igual forma se realizó una prueba LSD de Fisher, y se encontraron diferencias entre Compost-NPK (p<0.05) y Control-NPK (p<0.05), pero no entre Compost-Control (p>0.05).
##             Df Sum Sq Mean Sq F value   Pr(>F)    
## Tratamiento  2  448.9  224.46   13.49 2.34e-05 ***
## Residuals   47  781.8   16.63                     
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
##  Shapiro-Wilk normality test
## 
## data:  resid(aovCHT)
## W = 0.97957, p-value = 0.5338
## Warning in leveneTest.default(CambHojas, Tratamiento): Tratamiento coerced
## to factor.
## Levene's Test for Homogeneity of Variance (center = median)
##       Df F value Pr(>F)
## group  2  0.1669 0.8468
##       47
## 
##  One-way analysis of means (not assuming equal variances)
## 
## data:  CambHojas and Tratamiento
## F = 12.336, num df = 2.000, denom df = 31.147, p-value = 0.0001133
## 
##  Pairwise comparisons using t tests with pooled SD 
## 
## data:  CambHojas and Tratamiento 
## 
##         Compost Control
## Control 0.17944 -      
## NPK     0.00077 6.8e-06
## 
## P value adjustment method: none
Figura 3.Cambio de hojas entre los arboles de cada tratamiento.

Figura 3.Cambio de hojas entre los arboles de cada tratamiento.

   Por último se encontró que en tanto al índice de compactación de la copa no existió diferencia significativa (F=2.178; gl=2.47; p>0.05).
##             Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Tratamiento  2  0.711  0.3557   2.178  0.125
## Residuals   47  7.676  0.1633
## 
##  Shapiro-Wilk normality test
## 
## data:  resid(aovIT)
## W = 0.93997, p-value = 0.01344
## 
##  Cochran test for outlying variance
## 
## data:  incoco ~ tratamiento
## C = 0.61753, df = 16.667, k = 3.000, p-value = 0.007622
## alternative hypothesis: Group Control has outlying variance
## sample estimates:
##   Compost   Control       NPK 
## 0.1086533 0.2919663 0.0721800
## 
##  Kruskal-Wallis rank sum test
## 
## data:  IndCompacCop and Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 2.4074, df = 2, p-value = 0.3001
Figura 4. Indice de compactacion de la copa entre tratamientos

Figura 4. Indice de compactacion de la copa entre tratamientos

   Los resultados de las correlaciones de acuerdo con las variables utilizadas y el tipo de tratamiento se describen en la figura 5.
## Warning in cor.test.default(CRA, DifCrec, conf.level = 0.95, method = "s"):
## Cannot compute exact p-value with ties
## 
##  Spearman's rank correlation rho
## 
## data:  CRA and DifCrec
## S = 31631, p-value = 0.000113
## alternative hypothesis: true rho is not equal to 0
## sample estimates:
##        rho 
## -0.5189147
## 
##  Pearson's product-moment correlation
## 
## data:  CRA and CambHojas
## t = -4.6921, df = 48, p-value = 2.281e-05
## alternative hypothesis: true correlation is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
##  -0.7258096 -0.3346309
## sample estimates:
##        cor 
## -0.5607484
## 
##  Pearson's product-moment correlation
## 
## data:  DifCrec and CambHojas
## t = 2.4349, df = 48, p-value = 0.01866
## alternative hypothesis: true correlation is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
##  0.05862865 0.55838005
## sample estimates:
##       cor 
## 0.3315655
Fig 5.Relación entre Crecimiento (DifCrec), Contenido relativo de agua (CRA) y Cambio de hojas (CambHojas) para cada tratamiento y en conjunto (Cor, de Spearman). Cada uno de los pares de variables por cada tratamiento fueron analizados con coeficiente de correlación de Spearman, con una excepción de Cambio de hojas y Contenido relativo de agua , con coeficiente de correlación Pearson (P). Cor: coeficiente de correlación de Spearman de todos los tratamientos; P: coeficiente de correlación de Pearson; ‘.’ :p<0.05; *** p<0.001.

Fig 5.Relación entre Crecimiento (DifCrec), Contenido relativo de agua (CRA) y Cambio de hojas (CambHojas) para cada tratamiento y en conjunto (Cor, de Spearman). Cada uno de los pares de variables por cada tratamiento fueron analizados con coeficiente de correlación de Spearman, con una excepción de Cambio de hojas y Contenido relativo de agua , con coeficiente de correlación Pearson (P). Cor: coeficiente de correlación de Spearman de todos los tratamientos; P: coeficiente de correlación de Pearson; ‘.’ :p<0.05; *** p<0.001.

Discusión

   Los 50 individuos permanecieron, bajo las mismas condiciones, entre ellas los sustratos, cantidad de agua, intensidad de luz y demás factores que pudieran incidir en el desarrollo de los árboles y sus respectivos órganos. El desarrollo vegetal permite la aparición de nuevas células que crean sistemas celulares con funciones y formas distintas llamadas tejidos u órganos (Vargas, 2015). Las plantas invierten sus recursos de forma diferente entre los órganos que cumplen distintas funciones como la captación de agua y nutrientes minerales en las raíces, sostén en el tallo y la captación de luz y asimilación de dióxido de carbono en las hojas (Villar, et al., 2004).
   En cuanto al contenido relativo de agua, el motivo por el cual el tratamiento con NPK tuvo la menor concentración se debe a que el potasio influye en los fenómenos de respiración y transpiración, manteniendo la economía del agua en la planta (Lanares, 2007) y el nitrógeno interacciona negativamente con la absorción de potasio (Latsague, Sáez, Mora, 2014).El nitrógeno es el motor del crecimiento de la planta, está involucrado en todos los procesos principales de desarrollo de las plantas (FAO,2002) por lo que la aplicación de un abono con alta cantidad de nitrógeno en un sustrato puede generar una competencia entre nutrientes. En este caso, se puede deducir que la función del potasio se vio reducida por el efecto del nitrógeno y que la planta tuvo una afinidad mayor al absorber el nitrógeno.
   En cambio de altura y cambio de hojas, el tratamiento con NPK tuvo un mayor crecimiento y número de hojas ya que éste presenta en mayor cantidad el nutriente más importante para el crecimiento de las plantas; el nitrógeno, indispensable para la formación de de proteínas, enzimas y clorofila, así como el crecimiento de las paredes celulares y por lo tanto, el crecimiento de la planta (Corrales-González, Rada & Jaimez, 2016). Los tratamientos con compost y control al no tener suficientes nutrientes,tienen un crecimiento menor al del NPK.
   Respecto a las correlaciones correspondientes a las variables de cambio de altura y cambio de hojas, se puede apreciar una relación positiva y significativa, que indica que al ser más alto un individuo más hojas tendrá (Valladares, Ruiz, Quero, Porter, & Marañón, 2004); excepto en el caso del tratamiento control; cuya relación fue negativa, ya que éste no obtuvo los nutrientes necesarios para mantener un nivel de hojas correspondientes a su tamaño.En cuanto a la relación entre el contenido relativo de agua y cambio de hojas, se observa una relación negativa y significativa, que señala que entre mayor cantidad de hojas, menor será el contenido de agua en ellas, esto debido a que las plantas transpiran a través de las hojas, explicando porque hay menor contenido relativo en el los tratamientos con mas hojas. (Masle, Gilmore, & Farquhar, 2005). Por último, la relación entre el contenido relativo de agua y el cambio de altura, se presenta como una relación negativa y significativa, y podria estar relacionada al cambio de hojas, ya que al ser más alta la planta y poseer más hojas, esta tendrá menor contenido de agua, con excepción del tratamiento control; cuya relación fue positiva, esto porque al ser árboles más pequeños y poseer menos hojas, los individuos tendrán mayor contenido de agua porque no habrá tanta transpiración.

Conclusiones

   Durante las 6 semanas de tratamiento, diferencias en el crecimiento de las plantas fueron notables. Se logró demostrar que la población con el abono NPK aumentó más de altura que los individuos Control y con Compost. Esto indica que el abono NPK es más efectivo en aportar los nutrientes necesarios para promover el crecimiento de la planta.
   Con respecto a la cantidad relativa de agua en las hojas de las plantas, los análisis estadísticos registraron una mayor absorción de agua por la población Control que los individuos con NPK y Compost. Por otro lado no se logró encontrar diferencias significativas con respecto a la compactación de la copa, a como se había esperado.
   Debido a la importancia comercial que presenta la madera de caoba es evidente que se quiera lograr un crecimiento veloz por lo tanto con base en los resultados obtenidos se recomienda utilizar abono NPK para el cultivo de caoba, sin embargo, se podrían probar otro tipo de abonos, e incluso medir otras variables referentes al crecimiento y la producción fotosintética de la planta, esto como enfoque para futuras investigaciones.

Referencias

Bloodnick, E. (2018). PRO-MIX. Premier Tech Horticulture. Principios básicos de los sustratos.Recuperado de: https://www.pthorticulture.com/es/centro-de-formacion/principios-basicos-de-los-sustratos

CONABIO. (1996). Swietenia macrophylla. Recuperado de | http://www.conabio.gob.mx/conocimiento/info_especies/arboles/doctos/37-melia5m.pdf

Corrales-González, M., Rada, F., & Jaimez, R. (2016). Efecto del nitrógeno en los parámetros | fotosintéticos y de producción del cultivo de la gerbera (Gerbera jamesonii H. Bolus ex Hook. f.). Acta Agronómica, 65(3), 255-260.

Gerhardt, K., & Fredriksson, D. (1995). Biomass allocation by broad-leaf mahogany seedlings, Swietenia macrophylla (King), in abandoned pasture and secondary dry forest in Guanacaste, Costa Rica. Biotropica, 174-182.

Gutiérrez-Granados, G., Juárez, V. y Alcalá, RE (2011). Las perturbaciones naturales y humanas afectan la regeneración natural de Swietenia macrophylla: implicaciones para el manejo de la selva tropical. Forest Ecology and Management , 262 (2), 161-169.

Grogan, J., Landis, RM, Free, CM, Schulze, MD, Lentini, M. y Ashton, MS (2014). Dinámica de la población de hoja grande de caoba Swietenia macrophylla e implicaciones para el manejo sostenible. Revista de Ecología Aplicada , 51 (3), 664-674.

Jiménez, Q. (2011). Swietenia macrophylla. Recuperado de http://www.crbio.cr:8080/neoportal-web/species/Swietenia%20macrophylla Lamb, F.B. 1966. Mahogany of Tropical America: its Ecology and Management. University of Michigan, Ann Arbor, MI,USA -220 pp

Lanares, K. (2007). Efecto del nitrógeno, fósforo y potasio sobre el crecimiento de Swietenia macrophylla “caoba”, en fase de vivero.(tesis de licenciatura). Universidad Nacional Agraria de La Selva.

Latsague, Mirtha, Sáez, Mora. (2014). Efecto de la fertilización con nitrógeno, fósforo y potasio, sobre el contenido foliar de carbohidratos, proteínas y pigmentos fotosintéticos en plantas de Berberidopsis corallina Hook.f.. Gayana. Botánica, 71(1), 37-42. https://dx.doi.org/10.4067/S0717-66432014000100007

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Masle, J., Gilmore, S. R., & Farquhar, G. D. (2005). The ERECTA gene regulates plant transpiration efficiency in Arabidopsis. Nature, 436(7052), 866.

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Valladares, F. Villar, R. Ruiz, R. Quero, J. Porter, H. y Marañón, T. (2004). Tasas de crecimiento en especies leñosas: aspectos funcionales e implicaciones ecológicas. Ecología del bosque mediterráneo en un mundo cambiante. (pp, 191-227). Ministerio de Medio Ambiente, Madrid. Recuperado de: http://www3.uah.es/dep_ecologia_pcastro/Master/2008T1selecsps/Villar_Ecobosquemed_2004.pdf

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