Introducción

En Colombia, los suelos ácidos representan el 85 % de los suelos agrícolas (^{Casierra & Aguilar, 2007}), de los cuales el de la región amazónica representa el 35 % (^{Quesada et al., 2011}), predominando en el departamento del Caquetá, oxisoles, ultisoles y entisoles; este último consiste en suelos muy superficiales, ácidos y con altos contenidos de aluminio (^{Instituto Geográfico Agustín Codazzi [igac], 2014}). Sin embargo, y a pesar de que el cultivo de cacao Theobroma cacao L. (Malvaceae) es originario de la Amazonia, las plantaciones de cacao presentan bajo rendimiento debido, en gran parte, a la escasa fertilidad y la toxicidad por aluminio (^{Shamshuddin, Muhrizal, Fauziah, & Husni, 2004}). Esta circunstancia se presenta cuando el pH del suelo es inferior a 5,5, lo que indica que una alta proporción de los sitios de intercambio de las arcillas están ocupados por aluminio que generan acidez y limitan la disponibilidad de nutrientes para las plantas (^{Dahajipour, Ghanati, & Fujiwara, 2011}).

Nutrientes como nitrógeno (N), fosforo (P) y potasio (K) disminuyen su disponibilidad a medida que el suelo se acidifica (^{Navarro & Navarro, 2003}), como lo corroboran Quinteiro et al. (²⁰¹³) en un estudio realizado bajo condiciones de invernadero, en el que el incremento de la acidez disminuyo la concentracion de N, P y K en la mayoría de los órganos de la planta de cacao.

El encalado es una práctica agrícola importante en suelos ácidos para neutralizar la acidez (^{Castro & Munévar, 2013}); en ese sentido, la adición de cal sube el pH, mejora la absorción y redistribución de N en la planta (^{Lavres et al., 2010}) y libera el fosforo retenido en el suelo (^{Fisher, Yarwood, & James, 2017}; ^{Zhu, Li, & Whelan, 2018}). Del mismo modo, Rosas, Puentes y Menjívar (²⁰¹⁷) encontraron que el incremento de pH mejora la disponibilidad de P en suelos cacaoteros; por otra parte, Baligar y Fageria (²⁰⁰⁵) demostraron que el encalado mejora la disponibilidad y absorción de nutrientes en plántulas de cacao, indicando que no solo regula la fitotoxicidad sino también el uso eficiente de nutrientes (uen), ya que los suelos ácidos limitan la eficiencia de los fertilizantes, tal y como lo sugieren López, Urbina, Reynoso y Martínez (²⁰¹⁸).

Los cambios que se producen por efecto de la modificación de pH influyen en la relación suelo-planta, en los criterios para fertilizar cultivos (^{Schlindwein & Gianelo, 2004}) y en el uso eficiente de nutrientes, bien sea de eficiencia agronómica (aumento del rendimiento por unidad de nutriente aplicado) o de recuperación del fertilizante (capacidad de la planta para tomar nutrientes aplicados al suelo) (^{Baligar, Fageria, & Hi, 2001}). Sin embargo, son escasos los trabajos de investigación en el uen para cacao (^{Puentes, Menjívar, & Aránzazu, 2014a}; ^{Ribeiro, da Silva, Aitken, Machado, & Baligar, 2008}), especialmente bajo la influencia de encalado, aun comprendiendo que el uen contribuiría para la obtención de mayores rendimientos, la disminución de costos de fertilización y la mitigación de la contaminación ambiental (^{Kurwakumire et al., 2014}). Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo evaluar el efecto del encalado y fertilización de síntesis en un suelo acido (Typic Udorthents) de la Amazonia colombiana, sobre el uso eficiente de nutrientes en términos de la eficiencia agronómica (ea) y la eficiencia de recuperación del fertilizante (erf), para N, P y K, en clones de cacao fino de sabor y aroma ICS-1, CCN-51, ICS-39 y TSH-565.

Materiales y métodos

La investigación se realizó en Puerto Rico, municipio del departamento del Caquetá, Colombia, en las instalaciones del Jardín Clonal de Cacao, perteneciente a la Asociación Departamental de Productores de Cacao y Especies Maderables del Caquetá (Acamafrut), ubicado geográficamente a 01°52´12" latitud Norte y 75°12´24" longitud Oeste, a 250 msnm. La humedad relativa anual de 84 %, temperatura media anual de 25,3 °C, precipitación media anual de 2.960 mm y brillo solar de 4,26 horas/día (^{Instituto de Hidrología y Estudios Ambientales [ideam], 2017}).

Se utilizaron cuatro clones universales de cacao fino de sabor y aroma, dos autocompatibles (b₁: ICS-1, b₂: CCN-51) y dos autoincompatibles (b₃: ICS-39, b₄: TSH-565) con siete años de edad; los materiales autocompatibles estaban establecidos conjuntamente. El ICS-39 se encontraba asociado con IMC-67 y el TSH-565 tenía como material acompañante arboles de IMC-67 e ICS-1. El arreglo espacial consistió en surcos triples de cada clon, a 3 m entre plantas y 3 m entre surcos, en un área de 1,5 ha bajo condiciones agronómicas homogéneas y en sistema agroforestal con surcos simples cada 20 m por 9 m entre árboles, como Abarco (Cariniana pyriformis M.) y Nogal (Cordia alliodora R. & P.).

El suelo fue caracterizado tanto física como químicamente en el laboratorio de la Universidad de la Amazonia (^{Rosas et al., 2017}); por consiguiente, este suelo fue clasificado como Typic Udorthents (^{Soil Survey Staff, 2010}), con una textura francoarcillo- arenosa (FArA), con predominio de gibsitas (Al(OH)₃) (> 50 %), caolinitas (Al₂Si₂O₅(OH)₄) (entre 15 y 30 %) y trazas de micas-goetitas (< 5 %); además, cuenta con una profundidad efectiva mayor a 1 m, densidad aparente (1,173 g/cm³), porosidad total (55,7 %) y resistencia a la penetración de 1,065 MPa, todas estas características físicas no limitantes para el desarrollo del cultivo de cacao (^{Federación Nacional de Cacaoteros de Colombia [Fedecacao], 2013}). Con respecto a las características químicas, este suelo posee pH extremadamente acido (4,36), con alta saturación de aluminio intercambiable (53,9 %), baja capacidad de intercambio catiónico, al igual que de las bases de cambio N (0,13 %), P (3,89 mg/kg) y K (0,11 Cmol/kg), correspondiente a N, P₂O₅, K₂O, con 11,2, 10 y 60 kg/ha, respectivamente. Esto indica que las condiciones químicas del suelo no son ideales para la producción de cacao (^{Fedecacao, 2013}), lo que sugiere un manejo agronómico especifico. Estas características físicas y químicas fueron normales para la zona de acuerdo con Rosas, Rodríguez y Muñoz (²⁰¹²).

Para corregir el pH, se adiciono al suelo 7 ton/ ha de cal dolomita [CaMg(CO₃)₂], con un poder relativo de neutralización total de 78,4 %, dosis para elevar el pH a un valor ≥ a 5,5 (^{Rosas et al., 2017}). La incorporación de cal se realizó al iniciar la época lluviosa (mayo) en la zona de plateo (4,5 m² aproximadamente) de los árboles de cacao en forma homogénea con un cernidor.

Posteriormente, 90 dde se tomaron seis muestras de suelo, conformadas cada una por cuatro submuestras equidistantes en la zona del plato, a un metro de distancia del árbol (^{Sadeghian, 2011}) y a 30 cm de profundidad, dado que la mayoría de las raíces del árbol de cacao que absorben nutrientes se encuentran a esta profundidad (^{Aikpokpodion, 2010}). Las muestras se analizaron en el laboratorio del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (igac) para la determinación de pH en agua (1:2) (potenciómetro), N (Kjeldahl), P (colorimetría) y K (absorción atómica).

A partir de la disponibilidad de N-P-K del suelo con y sin encalar, se establecieron cuatro niveles de fertilidad así: b₁: suelo con fertilidad natural sin encalado; b₂: b₁ encalado con disponibilidad de nutrientes 90 dde; b₃: b₁ fertilizado con aplicación de N-P-K hasta alcanzar los requerimientos del cultivo propuestos por Puentes et al. (^2014a); b₄: b₂ fertilizado con aplicación de N-P-K hasta alcanzar los requerimientos del cultivo (tabla 1).

Tabla 1. Descripción de los niveles de fertilidad 

Fuente: Elaboración propia

dde: días después de encalado; N: nitrógeno; P₂O₅: pentóxido de fosforo; K₂0: oxido de potasio.

La incorporación de N-P-K se fracciono en dos aplicaciones al ano: la primera, en marzo-abril, y la segunda, (agosto) en plena floración del cultivo, utilizando urea CO(NH₂)₂ (46-00-00), fosfato monopotasico KH₂PO₄ (00-52-34) y cloruro de potasio KCl (00-00-60) como fuentes de fertilización.

Se utilizo un diseño de bloques completos al azar en arreglo factorial con cuatro repeticiones. El factor A correspondió a cuatro clones y el factor B a los niveles de fertilidad para un total de 16 unidades experimentales; cada unidad experimental estuvo compuesta por cuatro arboles de cacao por clon (TSH-565, ICS-39, ICS-1 y CCN-51). Con el fin de garantizar la respuesta de los clones, se suprimió la fertilización un año antes de establecer el experimento y se realizaron podas, y control manual de plagas y enfermedades; asimismo, se eliminaron los frutos existentes con el propósito de uniformizar la producción, como lo sugieren Puentes et al. (^2014a).

Para determinar el contenido de N-P-K en grano, se colectaron cinco mazorcas maduras y sanas en cada árbol por clon. Los granos se extrajeron de forma manual, se secaron en estufa a 103 °C durante 24 horas, se molieron y, posteriormente, se analizó el contenido de N por Kjeldahl, P por colorimetría y K por absorción atómica. El rendimiento (kg/ ha) para el ano cacaotero 2016-2017 se estimó a partir de la relación entre el numero promedio de mazorcas por árbol e índice de mazorca (im), es decir, el número de mazorcas para obtener un kilogramo de grano seco de cacao, multiplicada por la densidad de siembra (1.111 plantas/ha).

Con los datos de rendimiento y contenido de N-P-K en grano seco de cacao, se determinó la ea y la erf para cada nutriente, por nivel de fertilidad y tipo de clon, siguiendo las fórmulas (1 y 2) de acuerdo con Puentes et al. (^2014a):

(1)

(2)

Donde F = variable en nivel de fertilidad diferente al b₁ y C = variable en el control o b₁.

El análisis estadístico consistió en un análisis de varianza por efecto del tipo de clon, nivel de fertilidad e interacción, y cuando hubo diferencias significativas se realizó comparación de promedios mediante la prueba de Tukey (p ≤ 0,05), además de regresiones mediante el software SAS 9.4 (^{SAS, 2014}).

Resultados y discusión

Rendimiento

En el análisis de varianza se presentaron diferencias altamente significativas (p ≤ 0,01) por efecto de la interacción clon*nivel de fertilidad, del clon y del novel de fertilidad (tabla 2).

Tabla 2. Análisis de varianza para la variable rendimiento de cacao en un Typic Udorthents del Caquetá 

Fuente: Elaboración propia

** Diferencias altamente significativas (p ≤ 0,01)

El rendimiento más bajo se presentó en el b₁ para todos los clones, en el siguiente orden de mayor a menor: CCN-51 (3.535 kg/ha), ICS-1 (1.667 kg/ha), ICS-39 (1.222 kg/ha) y TSH-565 (1.178 kg/ha). Similares resultados obtuvieron Puentes et al. (^2014a), lo que sugiere que la fertilidad del suelo natural no es suficiente para el desarrollo del cultivo de cacao, además de que la acidez del suelo es limitante, como lo sostienen López et al. (²⁰¹⁸).

El mayor rendimiento se obtuvo en CCN-51 con b₂ (4.100 kg/ha), mostrando superioridad con respecto a los demás clones y evidenciando la influencia del encalado, como lo sugieren Baligar y Fageria (²⁰⁰⁵); le sigue el clon ICS-1 (3.855 kg/ ha) y TSH-565 (2.944 kg/ha) en b₃, indicando la importancia de la fertilización en suelos ácidos (^{Koko, 2014}) y, por último, ICS-39 en b₄ (2.033 kg/ha), lo que expresa su mayor potencial cuando el suelo se encalo y fertilizo (figura 1); sin embargo, su bajo rendimiento se asocia con la condición autoincompatible de acuerdo con Mora, Burbano y Ballesteros (²⁰¹¹), quienes sostienen que afecta la polinización y, por lo tanto, el cuajado de frutos.

Fuente: Elaboración propia

Figura 1. Rendimiento de grano seco de cacao (kg/ha) para el ano cacaotero 2016-2017. Valores medios con igual letra por clon no difieren estadísticamente, según la prueba de Tukey (p ≤ 0,05). 

En términos generales, los clones presentaron comportamientos diferenciados por efecto de los niveles de fertilidad; asimismo, los rendimientos fueron superiores al compararlos con los reportados por Puentes et al. (^2014a) y Fedecacao (²⁰¹³), en parte debido a la mayor densidad de siembra utilizada con respecto a las referencias, como también a la interacción del tipo de clon con las condiciones contrastantes de suelo y clima de la Amazonia, y de la fertilización, siendo evidente la influencia del genotipo, como lo sugieren Romero, Puentes y Menjívar (²⁰¹⁶).

Eficiencia agronómica

La eficiencia agronómica para nitrógeno (ean), para fosforo (eap) y para potasio (eak), por efecto del clon, nivel de fertilidad e interacción, mostro diferencias altamente significativas (p ≤ 0,01). La mayor ean se presentó en la combinación CCN-51 y b₂ (36,33 kg/kg), es decir, el rendimiento aumento 36,33 kg por cada kilogramo de nitrógeno aplicado; le sigue el clon ICS-1 (29,83 kg/kg) y TSH-565 (24,10 kg/kg) en b₃, e ICS-39 (11,27 kg/kg) en b₄, superando los valores obtenidos por Puentes et al. (^2014a) en 123 %, 368 % y 103 % para CCN-51, TSH-565 e ICS-39, respectivamente, sugiriendo una mayor eficiencia con menor dosis de nitrógeno para CCN-51 e influencia de las condiciones edafoclimáticas y genotipo, como lo sugieren Romero et al. (²⁰¹⁶). Las menores ean en orden de mayor a menor se presentaron en el clon TSH-565 (16,87 kg/kg) en b₂, seguido de CCN-51 (6,87 kg/ kg) en b₄ y los clones ICS-39 (2,93 kg/kg) e ICS-1 (2,80 kg/kg) en b₂ (figura 2).

Fuente: Elaboración propia

Figura 2 Eficiencia agronómica de nitrógeno en cuatro clones de cacao. 

El clon CCN-51 presento tanto la mayor ean como rendimiento en b₂ y los menores valores en b₄, siendo consecuente con los rendimientos de cosecha. Los genotipos eficientes en el uso del N son más productivos (^{Ribeiro et al., 2008}), como también a mayor dosis nutrimental se disminuye el uso eficiente de nutrientes (^{Puentes, Menjívar, & Ortiz, 2016}).

Con respecto a la eap (figura 3), los clones ICS-1 (61,73 kg/kg) y TSH-565 (49,53 kg/kg) mostraron el mayor valor en b3, indicando el efecto de la fertilización sobre la eap como lo sustentan Diaz et al. (²⁰¹⁴); luego siguen CCN-51 (25,17 kg/kg) en b₂ e ICS-39 (22,80 kg/kg) en b₄. Las menores eap se obtuvieron en ICS-1 (2,00 kg/kg) e ICS-39 (2,03 kg/kg) en b₂, CCN-51 (13,53 kg/kg) en b₄ y TSH- 565 (12,03 kg/kg) en b₂, valores que estuvieron por encima de los reportados por Puentes et al. (^2014a), lo que evidencia, entre otras cosas, la adaptación del cultivo a la zona, siendo originario de la Amazonia (^{Shamshuddin et al., 2004}).

Fuente: Elaboración propia

Figura 3. Eficiencia agronómica de fosforo en cuatro clones de cacao 

Los clones presentaron similar respuesta comparada con la ean; no obstante, es importante resaltar que, a pesar de que el fosforo es liberado por el encalado (^{Zhu & Whelan, 2018}), no fue suficiente para obtener mayor eficiencia en la mayoría de los clones excepto para CCN-51, evidenciando el efecto del genotipo de acuerdo con Romero et al. (²⁰¹⁶).

Para la eficiencia agronómica de potasio (figura 4), al igual que en las anteriores, CCN-51 presenta el mayor valor en b₂, aumentando el rendimiento en 12,57 kg por cada kg de fertilizante (K) aplicado; luego se encuentran el ICS-1 (9,70 kg/kg ), TSH-565 (8,27 kg/kg) en b₃ e ICS-39 (3,77 kg/ kg) en b₄. El menor valor de eak se dio para el ICS-39 (1,70 kg/kg) e ICS-1 (2,20 kg/kg) en b₂, seguido de CCN-51 (2,53 kg/kg) y TSH-565 (5,53 kg/kg) en b₄. Estos valores superaron los reportados por Puentes et al. (^2014a), debido a la ausencia de illitas (atrapan K) en las arcillas de este suelo, así como a la edad del cultivo, como lo sugieren Cábala, Miranda y Prado (¹⁹⁶⁹).

Fuente: Elaboración propia

Figura 4.  Eficiencia agronómica de potasio en cuatro clones de cacao. 

Las eficiencias agronómicas para N-P-K fueron diferentes, mostrando la variabilidad de los clones en respuesta a los niveles de fertilidad, como lo corroboran Puentes et al. (^2014a). En ese sentido, CCN-51 presento mayor habilidad en la absorción de nutrientes que los restantes clones, con la preferencia de mayor pH del suelo (moderadamente acido), mientras que ICS-1 y TSH-565 requirieron mayor cantidad de nutrientes para expresar su potencial sin importar el pH (extremadamente acido) y a su vez el clon ICS-39, con igual cantidad de nutrientes que los anteriores clones, prefirió menor acidez.

Por otra parte, las ea, en orden de mayor a menor aporte al rendimiento por cada kg de fertilizante en cada clon, fueron las siguientes: P > N > K para los clones ICS-1, ICS-39 y TSH-565, y N > P > K, para CCN-51, coincidiendo en K como el nutriente que aporto menos al incremento del rendimiento.

Eficiencia de recuperación del fertilizante

En el análisis de varianza, la eficiencia de recuperación del fertilizante para nitrógeno (erfn), para fosforo (erfp) y para potasio (erfk) mostro diferencias altamente significativas (p ≤ 0,01), por efecto del clon, niveles de fertilidad y su la interacción.

Con respecto a la erfn (tabla 3), la mayoría de los clones mostraron similar respuesta a los niveles de fertilidad que, para la ean, excepto para el clon TSH-565, con el que se obtuvo el mayor valor de erfn en b₂ y el menor en b₄, lo que indica que, a pesar de haber obtenido la mayor erf de nitrógeno en b₂, no se reflejó en mayor rendimiento, contrario a lo que sucede en b₄. Similares resultados encontraron Puentes et al. (^2014a), aunque estos valores de erfn estuvieron por encima de los reportados. La mayor erfn se obtuvo en ICS-1 en b₃, mientras que la menor se obtuvo en CCN-51 en b₄. Las eficiencias con valores altos para ICS-1 y TSH-565, en contraste con los bajos para CCN-51 e ICS-39 cuando se fertiliza (b₃ y b₄), concuerdan con los reportes de Baligar et al. (²⁰⁰¹), lo que demuestra la mayor habilidad en el uso de nitrógeno del clon CCN-51.

La erfp (tabla 3) registro los mayores valores en el clon ICS-1, mostrando que del 100 % de la aplicación de fosforo se recuperó el 30 % y el 33 % (para b₄ y b₃, respectivamente), superando los reportes de Baligar et al. (²⁰⁰¹). A pesar de que TSH-565 y ICS-39 presentaron sus mejores erfp cuando se incorporó el nutriente, estuvieron por debajo de ICS-1 y de los valores alcanzados por Puentes et al. (^2014a). CCN-51 registro su mayor erfp con la cantidad de fosforo liberado a la solución por efecto del encalado. Entre tanto, tener una mayor eficiencia de uso del fosforo no es tan fácil, ya que depende de la humedad del suelo, dado que es un nutriente que se mueve por difusión (^{Malavolta, Vitty, & Oliveira, 1997}) del pH (> 5,5), como también de la morfología del sistema radical de la planta (^{Anghinoni, Volkart, Fattore, & Ernani, 1989}).

La erfk (tabla 3) mostro el mayor valor en el clon ICS-1 en b₄ y b₃, respectivamente, al igual que para las erf de N y P, lo que demuestra que este clon responde positivamente a la fertilización con potasio, seguido por ICS-39 al alcanzar los mayores niveles de recuperación en b₂. Por otra parte, TSH-565 y CCN-51 presentaron los niveles más bajos en la recuperación de potasio. Estos valores se consideran bajos, con respecto a lo reportado por Baligar et al. (²⁰⁰¹), y altos, comparados con Puentes et al. (^2014a), argumentado por la ausencia de illitas en la arcilla del suelo experimental.

Tabla 3. Eficiencia de recuperación del fertilizante para nitrógeno, fosforo y potasio en cuatro clones de cacao 

Fuente: Elaboración propia

Nota: Valores medios con igual letra por clon y erf no difieren estadísticamente según la prueba de Tukey (p ≤ 0,05).

En general, las erf, en orden de mayor a menor recuperación del fertilizante (N-P-K) para cada uno de los clones, fueron las siguientes: N > P > K para ICS-1, CCN-51, TSH-565, coincidiendo con Puentes, Menjívar, Gómez y Aránzazu (^2014b), y N > K > P, para ICS-39, siendo coherente con el bajo rendimiento que presento este clon, dado que el fosforo es un nutriente que se acumula especialmente en la semilla (^{Marshner, 1995}).

Conclusiones

La acidez del suelo de la Amazonia colombiana es una condición desfavorable para el rendimiento de los clones de cacao ICS-1, CCN-51, ICS-39 y TSH-565, por lo que es necesario encalar o fertilizar teniendo en cuenta las preferencias edáficas para cada clon, sean de pH o nutrientes. De estos genotipos, el clon CCN-51 muestra mayor habilidad en el uso de nutrientes que los restantes clones, reflejada en presentar alto rendimiento con menor cantidad de nutrientes; en este sentido, los cuatro clones responden de forma diferencial de acuerdo con la eficiencia agronómica y eficiencia de recuperación del fertilizante, evidenciando la influencia del genotipo y de las condiciones edafoclimáticas propias de la zona.

Descargos de responsabilidad

Los autores están de acuerdo con la publicación del presente artículo y declaran que no existe ningún conflicto de interés que afecte los resultados.