Uso de dos bioensayos para estimar el efecto residual y el valor nutricional de un composte hecho de la fibra de racimos vacíos de la palma aceitera (Elaeis guineensis, Jacq)

Manuel Segura; Carlos Ramírez; Carlos Chinchilla; Randall Torres

ASD Oil Palm Papers, N°22, 12-16. 2000

Resumen

Se utilizaron dos bioensayos para evaluar el valor nutricional y el efecto residual de un abono elaborado a partir de fibra de racimos vacíos de palma aceitera. En un ensayo de campo, se utilizó el sorgo como planta indicadora, y se sembró en microparcelas en un Inceptisol que fue mezclado con cantidades crecientes de composte (tratamientos). Se incluyó además un testigo con fertilización mineral (urea). Los resultados de este bioensayo, se compararon con los obtenidos en otro bioensayo de laboratorio, en donde se midió el crecimiento microbiano en mezclas de suelo con cantidades también crecientes del composte. En la primera cosecha del sorgo (37 días después de la siembra), se encontró una regresión significativa (P<0.05), entre el incremento de materia fresca y seca, y el aumento en las cantidades de abono aplicado, lo que indica que el composte suministró nutrimentos a corto plazo, y que la disponibilidad de varios elementos aumentó conforme se aplicaron cantidades más altas. En las siguientes cosechas tales relaciones no fueron evidentes. Sin embargo, luego de una nueva aplicación de urea después del cuarto corte, los contenidos foliares de N,P,K y Zn en el tejido aéreo del sorgo (quinto corte), fueron estadísticamente diferentes entre tratamientos. Considerando que el análisis de suelo inicial mostró concentraciones bajas de K, P y Zn, y que los contenidos de estos elementos en el tejido del sorgo no fueron bajos, se puede asumir que se dio un efecto residual del composte a mediano plazo (seis meses y medio). No se encontró un aumento adicional de biomasa foliar del sorgo, ni de contenidos de N, a partir de la adición de 5 % de composte al suelo en todas las cosechas realizadas. Aparentemente, parte del N fácilmente disponible en el composte puede perderse, ya sea por lixiviación o volatilización, comportándose así de manera similar al N que aportó la urea. La correlación entre la biomasa microbiana determinada en el laboratorio y el peso seco del sorgo, sólo fue significativa para la primera cosecha del sorgo, lo que permite concluir que el bioensayo microbiano, sólo es útil para estimar el valor nutricional de un composte en el corto plazo. La mayor parte del N en el composte posiblemente está acomplejado en las moléculas orgánicas en formas de difícil mineralización. La calidad del composte elaborado a partir de la fibra de los racimos vacíos de la palma aceitera es de excelente calidad según los valores obtenidos de biomasa microbiana.

Introducción

El proceso de extracción de aceite de los frutos de la palma aceitera, genera una gran cantidad de pinzotes (racimos vacíos), los que pueden potencialmente provocar un problema de contaminación. No obstante, y a pesar de una alta relación C/N, estos desechos tienen un contenido de nutrimentos relativamente alto, por lo cual pueden ser devueltos a la plantación como “mulch”. Sin embargo, el material es pesado, contiene mucha humedad y ocupa mucho volumen, lo que resulta en altos costos de transporte por unidad de nutrimentos, y la dificultad en la distribución en el campo, especialmente en la época lluviosa (Huan 1989, Uexkull y Fairhurst 1991, Torres et al. 1999).

Por cada tonelada de racimos procesados se generan aproximadamente 0.22 toneladas de racimos vacíos y entre 800 y 900 litros de efluente y otros residuos. La planta extractora de aceite de frutos de palma aceitera ubicada en Palo Seco, Quepos, Puntarenas, Costa Rica, procesa aproximadamente 100 000 toneladas de fruta fresca al año, y los racimos vacíos de la fruta contienen cantidades importantes de elementos: 90 t N, 43 t P, y 146 t K (Torres et al. 1999). Estos residuos pueden ser procesados para formar un composte que tiene el potencial de sustituir parte de las necesidades nutricionales del cultivo, mejorar las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo, y promover un uso eficiente de los desechos.

No obstante, para normalizar el uso agrícola, es necesario conocer el aporte nutricional de estos abonos para orientar las cantidades de aplicación (Vandevivere y Ramírez 1995a Keeney 1985), y con tal propósito, se han desarrollado varios métodos basados en medidas cuantitativas (Dick y McCoy 1993, Vandevivere y Ramírez 1995a).

El análisis tipo “suelo” de un composte, que incluye el uso de una solución extractante, determina los nutrimentos intercambiables supuestamente disponibles para las plantas. Este análisis usualmente subestima la cantidad de nutrimentos de un abono orgánico, pues no considera que una buena parte de los elementos en estos abonos no se encuentran disponibles de inmediato, y para ser liberados necesitan de la mineralización por los microorganismos del suelo (Vandevivere y Ramírez 1995a).

El “diagnóstico tipo foliar”, por otro lado, evalúa el contenido total de nutrimentos mediante una digestión completa de la muestra con ácidos fuertes. Este análisis sobrestima la cantidad de elementos disponibles en un composte, puesto que, por ejemplo, no todo el nitrógeno orgánico es mineralizable y puede estar en formas recalcitrantes. Otro inconveniente es que no ofrece información sobre el plazo en el cual los nutrimentos estarían disponibles (Vandevivere y Ramírez 1995a).

Vandevivere y Ramírez (1995b) desarrollaron una metodología para esimar el valor nutricional en los abonos orgánicos, que consiste en estimular el crecimiento de los microorganismos nativos mediante la adición de glucosa y un inhibidor de protozoarios. De esta forma, el carbono disponible no es un factor limitante del crecimiento microbiano en el sustrato, que consiste en mezclas de suelo con cantidades crecientes de composte. El incremento de la biomasa microbiana estará determinado por la cantidad de nutrimentos disponibles en la mezcla, aportados principalmente por el composte.

La biomasa microbiana se mide por el método de la respiración inducida de un sustrato. La glucosa se utiliza para inducir un máximo de respuesta respiratoria en los microorganismos que están en el suelo, medida como evolución de CO2, que está relacionado con la biomasa del carbono microbiano (Anderson y Domsch 1978).

El crecimiento microbiano en laboratorio está relacionado con el crecimiento y absorción de nutrimentos de plantas de sorgo (Salas 1997, Salas y Ramírez 2000). La cantidad de nutrimentos que limita el crecimiento microbiano aparentemente se comporta de manera semejante con una planta.

En esta investigación, se trató de validar la eficacia de un bioensayo microbiano para predecir la disponibilidad de nutrimentos en un composte hecho a partir de racimos vacíos de palma aceitera, y para usarlo como guía para fijar las cantidades por utilizar en el campo. Los datos de biomasa microbiana obtenidos “in vitro”, se correlacionaron con los generados en un bioensayo de campo con sorgo como planta indicadora. En ambos bioensayos se mezcló el suelo con cantidades equivalentes de composte. Para estimar la residualidad del composte, se realizaron cortes repetidos de los rebrotes del sorgo después de varias cosechas sistemáticas, en los cuales se determinó la acumulación de materia seca y el contenido de elementos nutritivos.

Materiales y Métodos

La materia prima usada para elaborar el composte fue la fibra de los racimos vacíos de la palma aceitera. Después del desprendimiento de los frutos en la extractora, el racimo vacío es cortado y desmenuzado por sierras girando a alta velocidad, y después, una buena parte del remanente de aceite es extraído con prensas de rodillo. El producto resultante es una fibra que representa un 12 - 15% del peso de la fruta fresca (Torres et al. 1999).

La fibra fue enriquecida con efluente (300 l/m3), urea (10 kg/t), lodos (20 kg/t), cal (6.6 kg/t) y fósforo (0.86 kg) . Con estos materiales se elaboraron camas de compostaje de 7.5 m3. La aireación se realizó mediante voltea manual de los componentes cada ocho días. Durante el primer mes se ajustó la humedad entre el 45 y el 55%. Después de cuatro meses el composte se consideró maduro. Las características químicas y físicas de la fibra y el abono aparecen en el cuadro 1, cuadro 2 y cuadro 3.

Bioensayo de campo: aporte nutricional del composte al sorgo forrajero

El bioensayo de campo se realizó en el área de Cerros (Damas, Quepos, Costa Rica), dentro de una plantación de palma aceitera de pocos meses de edad, propiedad de la compañía Palma Tica S.A. El suelo se clasificó como Fluventic Haplustepts. (Mata. R. 2000; Comunicación personal). (Cuadro 4).

Se sembraron microparcelas (1.25 m2: 1.25 m x 1m) de sorgo (Sorghum vulgare) distanciadas 30 cm. Las distancias de siembra fueron 18 cm entre hileras, depositando las semillas en un chorro continuo. El suelo superficial (primeros 20 cm), fue mezclado con cantidades crecientes del composte: 0, 2.5, 5.0, 7.5, 10.0, 12.5%. Estas cantidades equivalen a 0, 58, 116, 174, 232 y 290 t de composte/ha. Se incluyó, además, un tratamiento con 0.5 t de urea /ha (230 kg N/ha). Los tratamientos se ordenaron en un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones.

Para evaluar el efecto residual del abono, y conocer el aporte nutricional que podría proporcionar tanto a corto (1 - 3 meses) como a mediano plazo (7 meses), se determinó el peso fresco y seco del sorgo en cortes consecutivos en una parcela útil de 625 cm2, delimitada en el centro de cada micro parcela. Se realizaron además, análisis químicos foliares con el fin de estimar los nutrimentos extraídos por la planta. Al final del ensayo se comparó el peso seco foliar total acumulado por cada tratamiento.

Los cortes se realizaron aproximadamente cada cinco semanas, el primero 37 días después de la siembra y posteriormente cada 37 días; con excepción del segundo corte que se realizó a los 51 días. Con el material del primer corte, se realizó un análisis químico foliar de N en cada una de las parcelas, y uno completo (todos los elementos) para todos los tratamientos, pero combinando las cuatro repeticiones. En la siguiente cosecha, se realizó un análisis foliar de N por tratamiento, con las muestras combinadas de las cuatro repeticiones, y uno completo para los tratamientos uno (testigo) y tres (5% de abono), combinando las repeticiones de los cuatro bloques. Este procedimiento se alternó hasta la cuarta cosecha, mientras que en la quinta se realizó un análisis completo de los nutrimentos para todas las parcelas.

Dado que después del primer corte no se observaron diferencias significativas entre tratamientos, en cuanto a peso seco y contenido de nutrimentos de la parte aérea de las plantas de sorgo, se decidió agregar 46 kg/ha de N a todos los tratamientos después del cuarto corte.

Ensayo microbiano

Este ensayo se realizó en el Laboratorio de Biotecnología del Centro de Investigaciones en Protección de Cultivos (CIPROC) de la Facultad de Agronomía en la Universidad de Costa Rica. Utilizando la metodología de Vandevivere y Ramírez (1995b), se evaluaron cantidades crecientes (% p/p) del abono orgánico utilizado en el bioensayo de sorgo en el campo. El composte se mezcló en las mismas proporciones, con el mismo tipo de suelo en el que se realizó el bioensayo con sorgo. Se incluyó un tratamiento con urea (12.6 mg N/50g de suelo). Tanto el suelo como el composte fueron tamizados con una malla de 2 mm y secados al aire.

Se empleó un diseño de bloques completos al azar, en donde cada uno de tres bloques correspondió al grupo de unidades experimentales que recibieron los tratamientos en el mismo período de incubación, bajo las mismas condiciones ambientales (ej. humedad relativa, temperatura ambiente) y manejo (ej. medición de respiración). El experimento fue repetido tres veces en el tiempo. La unidad experimental consistió de un frasco Erlenmeyer de un litro con 50 gramos de la mezcla de suelo y abono, con la humedad ajustada aproximadamente a capacidad de campo.

Determinación de la biomasa microbiana. La actividad de los protozoarios fue inhibida en la mezcla de suelo con composte añadiendo tritón, para eliminar esta fuente de depredación de otros microorganismos. Después se agregó glucosa en polvo (1 % del peso total de la mezcla suelo/abono: 0.5 g / frasco), y se incubó en la oscuridad por 48 horas.

La biomasa microbiana fue estimada con el ‘’Método de Respiración Inducida por un Sustrato (RIS)’’ de Anderson y Domsch (1978), con las modificaciones realizadas por Cheng y Coleman (1989). Transcurridas las 48 horas de incubación, se agregaron 0.5 gramos de glucosa a cada erlenmeyer y se agitó de inmediato. Después de 30 minutos, los frascos fueron conectados al sistema de flujo de aire por media hora, para eliminar el CO2 acumulado en las tuberías del sistema y en los frascos. El flujo de aire es pasado por una trampa de NaOH, 0,2 N para limpiarlo de CO2, y luego es bombeado a través de un tubo de 2.5 cm de diámetro interno con varias terminales y salidas donde son conectados los frascos Erlenmeyer con la muestra de suelo y abono (Fig. 1).

Después de limpiar el sistema de CO2, se conectaron las trampas (tubos de ensayo de 60 ml con 40 ml de NaOH 0,05M), y se dejaron burbujeando por una hora, para atrapar el CO2 producido por la actividad de los microorganismos. El flujo de aire fue de al menos 3 l/ hora. Frascos Erlenmeyer vacíos fueron también conectados al sistema (blancos) con sus respectivas trampas de CO2.

El producto de la reacción del hidróxido de sodio con el CO2 ( NaOH + CO2 = HCO + H2O), se transfirió cuantitativamente a frascos Erlenmeyer de 250 ml y se agregaron 6 ml de BaCl2, (0,2 N) para formar carbonato de bario estable. Finalmente el producto se tituló con HCl 0,2M luego de agregar tres gotas del indicador fenolftaleína.

Resultados y Discusión

Producción de biomasa y contenido de elementos en la parte aérea del sorgo. Se observó una tendencia al aumento en el peso seco aéreo (principalmente en los cortes uno, cuatro y cinco), conforme las cantidades de composte agregadas fueron mayores (Fig. 2). Este comportamiento también fue evidente en los contenidos de nitrógeno foliar para todos los cortes (Fig. 3). No obstante, no se encontraron diferencias estadísticas significativas después del primer corte para el peso seco foliar. Para el contenido de N foliar, se obtuvieron diferencias significativas entre tratamientos en el tercero y quinto corte.

La cantidad de materia seca aérea producida por el sorgo en el primer corte correlacionó positivamente con el aumento en las cantidades de composte añadidas al suelo. Esto indica que el abono suministró nutrimentos a corto plazo (37 días), y que la disponibilidad de algunos elementos (P, K y Zn) (Cuadro 5) fue mayor conforme se aplicaron dosis más altas del material.

Las cantidades de nutrimentos foliares fueron similares en el tratamiento con urea y el testigo sin composte, excepto para el N que fue máximo en el tejido aéreo del primer corte en el tratamiento con urea (Cuadro 5). Este resultado es esperado, ya que la urea únicamente aporta nitrógeno, no así el composte, que aportó una cantidad importante de otros nutrimentos. Debido a esto posiblemente la producción de biomasa foliar en el tratamiento con urea no fue la más alta (Fig. 2).

Los datos de biomasa foliar (Fig.4), y las cantidades estimadas de N acumulado (Fig.5), podrían indicar que la capacidad de absorción del sorgo se saturó con un 5 % p/p del composte aplicado al suelo, ya que por encima de este valor, no se observó un aumento en la biomasa foliar, ni un incremento en la concentración de N.

La cantidad total de N acumulado (suma de cuatro cortes), en la parte aérea de las plantas de sorgo, apenas es una pequeña fracción del N total que se estimó estaba presente en las diferentes cantidades de composte (Fig. 6). Además, el aumento en la concentración de N foliar en el sorgo con las cantidades crecientes de composte, no fue proporcional a la cantidad de N adicionado. El tratamiento 5% p/p de composte fue el mejor con apenas un 12 % de N aportado, mientras que, por ejemplo, el tratamiento con 7.5% p/p de composte aportó un estimado de 8.3% de N. Lo anterior posiblemente se debió a que la materia orgánica del abono formó compuestos fuertemente estables con el nitrógeno, y por lo tanto de mineralización lenta, que no permitieron un buen aprovechamiento del N en el mediano plazo (tercer y cuarto corte) por la planta (Nommik 1965).

Considerando los datos del bioensayo microbiano en el laboratorio, se estimó que únicamente un 17.7% del N presente en el composte del tratamiento con 5% p/p, era fácilmente disponible. No obstante, en el bioensayo de campo con sorgo se determinó que únicamente un 12% de este N fue incorporado en el tejido vegetal hasta la cuarta cosecha, (Fig. 6). La información permite concluir que el aprovechamiento por parte del sorgo en el corto plazo fue bajo. Además, estos resultados indican que el N de lenta liberación no fue suficiente después del segundo corte, aunque se puede anotar que el segundo y tercer corte (Fig. 3) estarían evaluando apenas de una manera conjunta el nitrógeno liberado en 23 semanas, que es un período relativamente corto.

El nitrógeno de liberación lenta no pudo ser estimado en el ensayo con sorgo, ya que el período de evaluación fue relativamente corto. La disponibilidad de N de liberación lenta, tiene la ventaja de suministrar pequeñas cantidades en el tiempo, lo cual puede disminuir las pérdidas y beneficiar la nutrición nitrogenada de un cultivo perenne como la palma aceitera. Este factor debería de tomarse en cuenta al dosificar el composte en el campo y al escoger la época de aplicación.

Residualidad del composte

El rendimientos de biomasa foliar y contenido de N en la parte aérea del sorgo, disminuyeron conforme se realizaron los cortes hasta un mínimo en el corte cuarto (Fig. 2 y Fig. 3). Esto indica una disminución del poder residual del composte, o bien un deterioro en el suministro de nutrimentos.

Sin embargo, en la quinta cosecha se encontraron diferencias significativas entre tratamientos (cantidades de composte agregadas al suelo), en los contenidos foliares de N, P, K y Zn, lo cual estuvo asociado con la aplicación adicional de urea (46 kg N / ha), después del cuarto corte. Las diferencias entre tratamientos se explican por el efecto residual de las cantidades crecientes del composte; ya que a mayores dosis de abono, hubo mayor reservorio de estos nutrimentos, lo cual indica que el N era el elemento limitante. La presencia de la materia orgánica en el suelo puede incrementar los sitios de intercambio para el NH4+ que aportó la urea, y favorecer la disponibilidad de este nutrimento para las raíces del sorgo (Mohammed et al. 1991).

Las cantidades de N, P, K y Zn en el tejido foliar del sorgo se relacionaron con la producción de biomasa foliar. En la primera, tercera y quinta cosechas del sorgo, el valor de estas variables tendió a aumentar con las cantidades crecientes de abono agregadas al suelo.

Las concentraciones de K, P y Zn eran bajas en el lugar donde se realizó el ensayo de campo (Cuadro 4). Sin embargo, las plantas de sorgo tenían concentraciones adecuadas, según el cuadro de concentraciones de nutrimentos en sorgo (Veroni 1997; Jones et al. 1991), por lo tanto se asume que el composte aportó parte de esos nutrimentos.

La cantidad de Mn foliar disminuyó con el aumento en la cantidad agregada de composte al suelo, y en la quinta cosecha las diferencias de Mn entre tratamientos fueron significativas. La deficiencia de Mn esta asociada con altos contenidos de materia orgánica en el suelo (Cresser et al. 1993, Tan 1994 ; Schatz et al. 1964; Dick y McCoy 1993; Bolle - Jones 1976).

Bioensayo microbiano como indicador de la fertilidad del composte

La correlación entre la biomasa microbiana determinada en el laboratorio, y el peso seco del primer corte de la parte aérea del sorgo (un mes y una semana después de la siembra) fue significativa (r = 0.83; P = 0.007, Fig. 7). La correlación no es significativa para el resto de las cosechas, lo cual indica que el bioensayo microbiano es una herramienta adecuada para estimar el efecto nutricional de un composte únicamente en el corto plazo.

Los datos del bioensayo microbiano indican que el composte evaluado parece ser un abono de muy buena calidad, ya que a una cantidad del 10 % p/p, se obtuvieron valores de biomasa microbiana superiores a los 3 miligramos de carbono microbiano (Fig. 8). Estos datos son similares a los obtenidos con otros abonos evaluados de muy alta calidad nutricional (Salas y Ramírez 2000).

El crecimiento microbiano presentó valores que sobrepasaron los 2 mg C microbiano / 0.1g de abono, a partir de la dosis del 5 % (p/p), los cuales son considerados como valores intermedios, pero capaces de suministrar los nutrimentos necesarios al sorgo durante al menos el primer mes y medio de crecimiento (Salas 1997; Salas y Ramírez 2000).

Literatura citada

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