Agronomic recycling of pepper crop residues: their influence on soil properties and Broccoli Crop

[SPA] La producción agrícola en la Región de Murcia ocupa un lugar muy importante en la economía regional y especialmente en la zona del Campo de Cartagena. Esta intensísima agricultura conlleva la generación de un problema de contaminación difusa debido a un excesivo uso de fertilizantes químicos. Además, esta actividad también genera una gran cantidad de residuos post-cosecha resultantes de los ciclos productivos, especialmente de cultivos bajo invernadero. En esta tesis se propone la valorización de los restos de cosecha como enmienda orgánica del suelo para intentar mejorar sus propiedades y reducir el uso de fertilizantes químicos. Los residuos de cosecha poseen un gran potencial como enmienda en suelos dedicados a producción agrícola ya que representan una fuente de materia orgánica y de nutrientes, lo que justifica el estudio de sus efectos en el suelo una vez incorporados. Por ello se ha evaluado, bajo condiciones controladas, la influencia a medio plazo de diferentes dosis de residuos de pimiento (muy comunes en el Campo de Cartagena) sobre la dinámica del carbono y del nitrógeno. Los resultados resaltan la importancia de la dosis cuando se aplican restos vegetales, ya que la adición de los mismos a dosis bajas (2 g kg-1) causó una inmovilización de N mientras que a dosis más altas (3 and 5 g kg-1) se produjo una mineralización de N neta de 13.7 y 56.7 mg kg-1. También se ha estudiado el efecto de la aplicación de residuos frescos de pimiento sobre un cultivo de brócoli, en comparación con el uso exclusivo de fertilizantes químicos. Los objetivos fueron evaluar el efecto de dichos residuos sobre las propiedades físico-químicas y bioquímicas del suelo relacionadas con el ciclo del carbono y fertilidad del suelo, así como sobre la calidad, nutrientes y producción en un cultivo de brócoli. Los resultados mostraron que la combinación de altas tasas de aplicación de restos vegetales con una mínima fertilización química mejora las propiedades edáficas incrementando entre otros la biomasa microbiana y algunas actividades enzimáticas si se compara con el control. Además, existen efectos positivos sobre la calidad del brócoli sin que exista un impacto negativo sobre su producción. Finalmente se ha estudiado el turnover de carbono mediado por las poblaciones microbianas utilizando técnicas de marcaje isotópico (13C) para conocer la cantidad de carbono que se incorpora a las diferentes fracciones del suelo, considerando la influencia de tres restos vegetales y dos formas de manejo, orgánica y convencional. Los resultados indicaron que el 13C, incorporado como glucosa fue asimilado en mayor medida por la biomasa microbiana en los suelos enmendados con restos vegetales. Sin embargo, la adición de restos también causó una mayor mineralización del 13C orgánico comparado con los controles, por lo que su incorporación en el suelo, tanto en la fracción lábil como recalcitrante, fue menor en dichos suelos enmendados con restos vegetales.[ENG] The agricultural production in the Murcia Region occupies a very important place in the regional economy and especially in the agricultural land of Campo de Cartagena. The intensive agricultural production has resulted in a diffuse pollution problem due to an excessive use of chemical fertilizers and a large amount generation of post-harvest crop residues resulting after the growing season, especially from greenhouse crops. In this thesis the recycling of crop residues applied as soil organic amendment is proposed to improve soil quality and reduce the use of chemical fertilizer. The crop residues have a great potential as organic amendment in agricultural lands representing a source of both organic matter and nutrients; however it is necessary to study their effect when they are applied in soil. We have evaluated, under laboratory conditions, the medium-term influence of pepper residues (very common in Campo de Cartagena) applied at different rates on carbon and nitrogen dynamics in an agricultural soil. The results highlight the importance of dose when applying crop residues. The addition of pepper residues at low doses (2 g kg-1) produce a net N immobilization in soil, while higher doses (3 and 5 g kg-1) show a net N mineralization of 13.7 and 56.7 mg kg-1. Was also studied the effect of pepper crop residues application on broccoli production compared with the exclusive use of chemical fertilizers. We focused on the effect of crop residues on soil physico-chemical and biochemical properties related to the carbon cycle, soil fertility and broccoli nutrient, yield and quality. The results showed that large application rates of crop residues with a minimum chemical fertilization improved chemical and biochemical soil properties increasing, among others, microbial biomass and some enzymatic activities compared with control. Likewise, positive effects on broccoli quality were found with no negative impact on broccoli yield. Finally, the carbon turnover mediated by soil microbial populations was assessed using isotopic labeling techniques to know the amount of labeled C (13C) incorporated into different organic pools considering the influence of three plant materials and under two management systems. Results indicated that the 13C-glucose was much more assimilated into microbial biomass C in plants-amended samples. However, plants addition also caused a positive priming effect and enhanced mineralization of organic 13C, thus C from glucose was incorporated in a lower proportion into soil recalcitrant and labile carbon in plants-amended soils.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Minería, Medio ambiente y Desarrollo Sostenibl