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Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia

y su relación con el rendimiento y calidad nutricional

Julián Mauricio Botero Londoño

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agropecuarias, Doctorado en Ciencias Agrarias con Énfasis en

Manejo de Suelos y Aguas

Palmira, Colombia

2017

Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia

y su relación con el rendimiento y calidad nutricional

Julián Mauricio Botero Londoño

Trabajo de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de:

Doctor en Ciencias Agrarias con Área de Énfasis en Manejo de Suelos y Aguas

Director:

Ph.D. Arnulfo Gómez Carabalí

Línea de Investigación:

Manejo de Suelos

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agropecuarias, Doctorado en Ciencias Agrarias con Énfasis en

Manejo de Suelos y Aguas

Palmira, Colombia

2017

Resumen y Abstract V

Resumen

La Tithonia diversifolia es una planta arbustiva robusta que ha demostrado una alta

producción de biomasa y rápida recuperación después del corte, con altos valores

bromatológicos, especialmente su valor proteico y contenido en minerales, lo que la

convierte en un grandioso material genético como alternativa para la alimentación animal.

Se realizó un estudio con el fin de determinar la respuesta del forraje a diferentes niveles

de fertilización, para lo cual se estableció un diseño de bloques completos al azar y se

determinaron 6 tratamientos teniendo como base la extracción inicial de nutrientes en

plantas sin fertilización y la interpretación de análisis de suelos, los resultados mostraron

una significativa influencia de la fertilización sobre las características agronómicas y

bromatológicas de las plantas, mostrando producciones de biomasa cinco veces mayores

y producciones de proteína por planta cuatro veces mayores cuando se incrementaron los

niveles de fertilización y se determinó una importante efecto de los niveles de fertilización

sobre los contenidos foliares, extracción de nutrientes de la planta y el uso eficiente de

nutrientes.

Palabras clave:

Suelos, forrajes, nutrición de rumiantes, sistemas agroforestales, fertilización.

Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia y su

relación con el rendimiento y calidad nutricional

Abstract

Tithonia diversifolia is a robust shrub that has shown a high production of biomass and

rapid recovery after cutting, with high bromatological values, especially its protein value

and mineral content, which makes it a great genetic material as an alternative for the animal

feeding. A study was carried out to determine the response of the forage to different levels

of fertilization, for which a complete block design was established at random and 6

treatments were determined based on the initial extraction of nutrients in plants without

fertilization and the Interpretation of soil analysis, the results showed a significant influence

of fertilization on the agronomic and bromatological characteristics of the plants, showing

biomass yields five times higher and yields of protein per plant four times higher when

fertilization levels were increased and an important effect of the levels of fertilization on the

foliar contents, extraction of nutrients of the plant and the efficient use of nutrients was

determined.

Keywords:

Soil, forage, nutrition of ruminants, agroforestry systems, fertilization.

Contenido VII

Contenido

RESUMEN .......................................................................................................................... V

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................. IX

LISTA DE TABLAS ............................................................................................................... X

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 11

1. OBJETIVOS ............................................................................................................... 15

1.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 15

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 15

2. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................ 17

2.1 FORRAJES ARBUSTIVOS...................................................................................... 17

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA TITHONIA DIVERSIFOLIA ................................................. 18

2.3 USOS DE LA TITHONIA DIVERSIFOLIA .................................................................... 20

2.4 SUELO Y ABSORCIÓN DE NUTRIENTES .................................................................. 23

3. METODOLOGÍA ......................................................................................................... 25

3.1 LOCALIZACIÓN ................................................................................................... 25

3.2 CONDUCCIÓN DEL EXPERIMENTO ........................................................................ 25

3.3 ESTABLECIMIENTO DEL MATERIAL FORRAJERO ..................................................... 25

3.4 CORTES ............................................................................................................ 25

3.5 EXTRACCIÓN INICIAL DE NUTRIENTES .................................................................. 25

3.6 DISEÑO EXPERIMENTAL ...................................................................................... 26

3.7 RENDIMIENTO Y PARÁMETROS AGRONÓMICOS ..................................................... 26

3.8 CALIDAD NUTRICIONAL DEL FORRAJE ................................................................... 27

3.9 CONTENIDOS FOLIARES, EXTRACCIÓN Y CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES ............ 27

3.10 ANÁLISIS DE SUELOS .......................................................................................... 28

3.11 USO EFICIENTE DE NUTRIENTES .......................................................................... 29

4. EXTRACCIÓN INICIAL DE NUTRIENTES Y CARACTERÍSTICAS DEL SUELO ......................... 31

4.1 ANÁLISIS INICIAL DE SUELOS ............................................................................... 31

4.2 . CONTENIDOS FOLIARES .................................................................................... 31

4.3 EXTRACCIÓN DE NUTRIENTES ............................................................................. 32

4.4 DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES DE FERTILIZACIÓN (TRATAMIENTOS) .................. 32

4.5 ANÁLISIS DE SUELOS DE LOS BLOQUES ................................................................ 33

VIII Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia y su


4.5.1 Análisis químico de suelos ............................................................................ 33

4.5.2 Análisis físico de suelos ................................................................................ 34

5. PRODUCCIÓN DE BIOMASA Y PARÁMETROS AGRONÓMICOS .......................................... 37

5.1 PRODUCCIÓN DE BIOMASA .................................................................................. 37

5.2 CARACTERÍSTICAS AGRONÓMICAS ....................................................................... 39

5.2.1 Altura de la planta al corte ............................................................................. 39

5.2.2 Tallos por planta ............................................................................................ 39

5.2.3 Relación hoja/tallo ......................................................................................... 40

5.2.4 Largo, ancho y peso de hoja ......................................................................... 40

6. CALIDAD NUTRICIONAL .............................................................................................. 43

6.1 MATERIA SECA ................................................................................................... 43

6.2 PROTEÍNA .......................................................................................................... 43

6.3 ENERGÍA ............................................................................................................ 45

6.4 CENIZAS ............................................................................................................ 45

6.5 FIBRA DETERGENTE NEUTRA ............................................................................... 47

6.6 FIBRA DETERGENTE ACIDA .................................................................................. 47

6.7 LIGNINA ............................................................................................................. 48

6.8 DIGESTIBILIDAD IN VITRO DE LA MS ...................................................................... 49

7. CONTENIDOS FOLIARES, EXTRACCIÓN Y CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES ................... 51

7.1 CONTENIDOS FOLIARES ....................................................................................... 51

7.2 EXTRACCIÓN DE NUTRIENTES .............................................................................. 54

7.3 CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES ....................................................................... 57

8. USO EFICIENTE DE NUTRIENTES .................................................................................. 59

8.1 EFICIENCIA AGRONÓMICA DEL NITRÓGENO, FOSFORO Y POTASIO ........................... 59

8.2 EFICIENCIA DE RECUPERACIÓN DEL NITRÓGENO, FOSFORO Y POTASIO ................... 61

8.3 EFICIENCIA FISIOLÓGICA DEL NITRÓGENO, FOSFORO Y POTASIO ............................ 65

8.4 FACTOR PARCIAL DE PRODUCTIVIDAD PARA EL NITRÓGENO, FOSFORO Y POTASIO ... 67

9. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 71

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 73

Contenido IX

Lista de figuras

Figura 8-1: Eficiencia de recuperación del nitrógeno ..................................................... 63

Figura 8-2: Eficiencia de fertilización del fosforo ............................................................ 64

Figura 8-3: Eficiencia de recuperación del potasio ........................................................ 64

Figura 8-4: Eficiencia fisiológica del N, P y K. ................................................................ 66

X Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia y su


Lista de tablas

Tabla 4-1: Análisis inicial de suelos. ............................................................................... 31

Tabla 4-2: Contenidos foliares en la Tithonia diversifolia. ............................................... 32

Tabla 4-3: Extracción de nutrientes por planta de Tithonia diversifolia. .......................... 32

Tabla 4-4: Nutriente y fertilizante aplicado por planta por corte en cada uno de los

tratamientos. ............................................................................................................ 33

Tabla 4-5: Análisis químico de suelos por bloque. .......................................................... 33

Tabla 4-6: Análisis físico de suelos de los bloques. ........................................................ 35

Tabla 5-1: Producción de biomasa por planta en cortes a los 50 días y estimada por ha

año. .......................................................................................................................... 37

Tabla 5-2: Características agronómicas con base en los tratamientos. .......................... 41

Tabla 6-1: Análisis bromatológico de plantas de 50 días de corte de T. diversifolia con

base en diferentes niveles de fertilización. ............................................................... 46

Tabla 6-2: Gramos de proteína por planta y por ha año. ................................................ 46

Tabla 6-3: Porcentajes de fibra y de digestibilidad in vitro de la materia seca................. 49

Tabla 7-1: Contenidos foliares de la T. diversifolia. ........................................................ 54

Tabla 7-2: Extracción nutriente por planta por corte. ...................................................... 57

Tabla 7-3: Extracción de nutrientes por año. .................................................................. 57

Tabla 7-4: Concentración de nutrientes en T. diversifolia. .............................................. 58

Tabla 8-1: Eficiencia agronómica del N, P y K. ............................................................... 61

Tabla 8-2: Factor parcial de productividad para el N, P y K ............................................ 68

Introducción 11

Introducción

El sector pecuario colombiano presenta altos costos productivos y ante la globalización se

observa la necesidad de adoptar nuevas tecnologías que lo hagan competitivo, buscando

optimizar los procesos y por consiguiente un mejoramiento en la productividad. La

ganadería en Colombia cubre grandes áreas con una baja capacidad de carga (0.6

cabezas/ha) y un bajo rendimiento productivo (330 gramos de incremento de peso día), es

fundamental desarrollar sistemas que permitan optimizar el desarrollo de dicha actividad y

lograr al mismo tiempo un incremento en la población ganadera (Ministerio de Agricultura,

2005) (DANE, 2014).

Es urgente promover esquemas productivos que maximicen el uso de la tierra y optimicen

los sistemas de producción bovina, para brindar al productor herramientas viables y

asequibles que lo introduzcan en un mercado competitivo. Uno de los desafíos actuales

enmarcan el desarrollo de investigaciones acordes al entorno tropical en la búsqueda de

desarrollar una agricultura viable con sistemas forrajeros que sean capaces de lograr altas

producciones con adecuados valores bromatológicos en un enfoque sostenible y un

mínimo de degradación del suelo (Mahecha et al., 2016).

La ganadería es una de las actividades productivas de mayor impacto detrimental sobre el

suelo, por lo que es importante desarrollar sistemas sostenibles que logren revertir su

impacto, los forrajes arbustivos permiten el desarrollo de sistemas agroforestales de fácil

implementación, alta producción de biomasa y gran valor nutricional en la alimentación

animal, además han demostrado un alto potencial para la conservación mantenimiento y

mejoramiento de los suelos (Morales et al., 2016). Los sistemas de corte de forrajes en la

producción de rumiantes se muestran como alternativa para mitigar los impactos

producidos por el pastoreo tradicional (erosión- compactación del suelo), logrando con ello

un aumento en la capacidad de carga (número de animales por unidad de área), un mayor

12 Potencial de extracción y utilización de nutrientes de Tithonia diversifolia y su relación con el rendimiento y calidad nutricional

aporte nutricional, así como la conservación y mejoramiento de los suelos (Obrador et al.,

2014).

La Tithonia diversifolia es una planta arbustiva robusta de la familia Compositae que ha

demostrado una alta adaptación a las condiciones tropicales y en particular a la zona

cafetera, además de su capacidad de soportar condiciones de corte permanente, de

mejorar el reciclaje de nutrientes y de prevenir la erosión, lo que la convierte en alternativa

productiva incluso en condiciones de ladera, encontrándose en Colombia altamente

distribuida, desde el nivel del mar hasta el trópico alto sobre los 2500 m (Pérez et al., 2009)

(Peters et al., 2003) Así mismo, ha demostrado una alta producción de biomasa y rápida

recuperación después del corte, e incluso del pastoreo, con altos valores bromatológicos,

especialmente su contenido en proteína y minerales, lo que la convierte en un grandioso

material genético como alternativa para la alimentación animal (Rivera et al., 2015).

Igualmente, dicho forraje al ser establecido por material vegetativo (estacas) y encontrarse

altamente distribuido en el país, permite un sencillo y económico establecimiento.

El panorama productivo evidencia un marcado conflicto en la producción y uso de cereales

y granos de leguminosos en la alimentación animal, la producción de biocombustibles y la

alimentación humana, agravado por los elevados índices de desnutrición existentes en la

población, con alto impacto en la población infantil (Urías et al., 2014), situación más que

justificada para la búsqueda de alternativas de alimentación animal que disminuyan dicha

competencia. Los costos por alimentación representan el mayor rubro en la producción

pecuaria y están dados en gran medida por el costo de las materias primas proteicas, es

allí donde los forrajes con altos valores proteicos, como la Tithonia diversifolia se perfilan

como alternativa para la producción (Mejía et al., 2017), en la búsqueda de reemplazar en

parte el aporte proteico y reducir la dependencia de alimentos concentrados con altos

costos en el mercado.

Es necesario desarrollar investigaciones que estimulen el desarrollo de sistemas de

producción de cultivos forrajeros con enfoques agronómicos y zootécnicos, teniendo como

base los análisis de suelos, extracción de nutrientes y eficiencia en la fertilización que se

correlacionen con la producción de biomasa y valor nutricional de las especies forrajeras,

sistema poco utilizado en la producción actual.

Introducción 13

En este trabajo se determinó el potencial en la extracción de nutrientes de la Tithonia

diversifolia, sometida a diferentes niveles de fertilización y su relación con los parámetros

agronómicos del cultivo (producción de biomasa, Relación hoja tallo, altura de la planta al

corte, numero de tallos por planta), valor nutricional, digestibilidad in vitro de la materia

seca y eficiencia en el uso de nutrientes.

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