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I Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos
Castellón, 23-24 de julio de 2008.
ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ADICIÓN DE COMPOST SOBRE EL
CULTIVO DE TOMATE (Solanum lycopersicum var. montecarlo)
Tojar, L.1, Escoín, V.1, Ingelmo, F.2, 3, Molina, Mª. J.2, Garcia-Agustín, P1, Lapeña, L.1
1
Laboratorio de Bioquímica y biotecnología. Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural.
ESTCE. Universitat Jaume I de Castelló, Campus de Riu Sec, (12071 Castellón, España).
2
Unidad de investigación de Degradación y Conservación de Suelos. Centro de Investigaciones sobre
Desertificación-CIDE (CSIC-UVEG-GV). C/ Camí de la Marjal s/n 46470 Albal (Valencia).
3
Centro para el Desarrollo de la Agricultura Sostenible. Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias,
IVIA.. Apartado Oficial. 46113 Moncada (Valencia).
Resumen
En la Comunidad Valenciana se tratan en la actualidad alrededor de 500 hm3 de aguas
residuales lo que supone una producción de casi 500.000 t/año de lodos. El destino de esos
lodos es muy variado: depósito directo en vertederos, aplicación al terreno, valorización
energética o compostaje. Los lodos sometidos a compostaje tienen una mayor utilización,
pudiéndose aplicar a suelos de regadío, jardinería o cultivos forzados. En el presente
estudio se ha determinado la efectividad de los lodos compostados, procedentes de la
EDAR de Castellón, en la fertilización de plantas de tomate (Solanum lycopersicum var.
montecarlo). Para ello se obtuvo el sustrato en un reactor de compostaje diseñado por el
grupo INGRES de la Universitat Jaume I y una vez comprobadas las características físicoquímicas y biológicas del compost obtenido se utilizó como fertilizante. Las plantas de
tomate fueron cultivadas en diferentes substratos conteniendo compost y/o fertilización
tradicional. En tres periodos vegetativos del desarrollo de las plantas (floración, fructificación
y maduración), se determinó el efecto de la adición del compost sobre el crecimiento así
como el estado nutricional (C, N, aniones y cationes) tanto en hoja como en tallo. Asimismo,
se estudió la posible acumulación de boro y metales pesados en esos cultivos.
Palabras clave: lodos de depuradora; compost; fertilización
1. Introducción
La depuración de las aguas residuales es importante para evitar efectos negativos en el
medio ambiente y no menos importante es la gestión de los fangos que se producen en los
procesos de tratamiento. El destino de los lodos procedentes de las estaciones depuradoras
de aguas residuales urbanas (EDAR) es variado: depósito directo en vertederos, aplicación
al terreno, valorización energética o compostaje. Dentro de los diferentes métodos de
valorización, el óptimo es aquel que incorpora de nuevo los recursos contenidos en los
fangos a través del reciclaje de la materia orgánica (MO) y demás constituyentes al suelo.
La aplicación directa de los lodos, estabilizados o no, al suelo y la elaboración de compost
son los métodos utilizados para el reciclado. La aplicación de compost no daña el equilibrio
del suelo, induce un gran número de efectos positivos en su biología y en las condiciones
físicas y químicas. El compost presenta una textura física particular, de baja densidad y baja
resistencia mecánica, por lo tanto su incorporación permite mejorar la estructura del suelo,
reduciendo problemas de compactación y susceptibilidad de erosión; además, incrementa la
capacidad de retención de agua, así como también el intercambio gaseoso, favoreciendo el
desarrollo radical [20].
Al ser utilizado como fertilizante posee la propiedad de liberar los nutrientes de manera
lenta, lo que puede ser favorable en ecosistemas en que la pérdida de nitrógeno por
lixiviación es probable. No obstante, puede existir un aumento en esa lixiviación a las aguas
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superficiales y subterráneas en el caso que sean aplicados en exceso. Por otra parte, se
puede producir una acumulación de metales pesados tanto en el suelo como en los cultivos,
dependiendo del material de origen utilizado [12]. Cuando se aplica el compost con criterio
fertilizante, lo más frecuente es utilizar el criterio N debido al impacto de este elemento sobre
el agua y el aire y por su importancia como macronutriente para las plantas, buscando
ajustar el aporte a las necesidades de los cultivos, tanto en el tiempo como en el espacio [4].
En los últimos años se han llevado a cabo algunos estudios que muestran los beneficios de
la aplicación de lodos y lodos compostados como fertilizante en diferentes cultivos. Algunos
estudios mostraron que en el cultivo de brócoli se producía un incremento en la
disponibilidad de micro y macro nutrientes por la adición de diferentes dosis de lodo a la
turba y mayores proporciones de lodo compostado [15]. Asimismo, otras investigaciones
demuestran los efectos de la aplicación de lodos compostados en suelos diferentes para el
cultivo de colza [17]. En cultivos de plantas ornamentales se aplicó fibra de coco mezclada
con corteza de pino y biosólido, observándose que la adición de lodos producía sustratos
más estables, disminuyendo la relación C/N [11]. Otros estudios realizados en grama
forrajera y maíz determinaron el rendimiento de la cosecha y el contenido de N, P, K,
comparando la adición de lodos de aguas residuales y lodos compostados frente a la
fertilización química [21] [22]. Por otra parte se ha observado que en cultivos de col china y
cebada se generaban respuestas positivas e incluso se mejoraban las propiedades físicas y
biológicas del suelo, mostrando que la adición de fertilizantes minerales a los lodos
compostados, combinan las ventajas de los fertilizantes minerales y los orgánicos [23].
2. Material y métodos
La obtención del sustrato utilizado para este experimento se llevó a cabo en un reactor de
compostaje diseñado por el grupo de investigación INGeniería de RESiduos (INGRES), de
la Universitat Jaume I de Castelló [8]. Para la obtención del compost fue utilizado lodo
digerido procedente de la EDAR de Castellón y viruta de madera (Tabla 1).
ELEMENTO
LODOS
VIRUTA
HUMEDAD
94,26%
8,64%
(% sms*)
42,16
47,60
N (% sms*)
5,66
0,74
C/N
7,45
64,32
Tabla 1. Caracterización de los materiales utilizados en la elaboración del compost. (*sms: sobre
materia seca).
Una vez comprobado que las características del compost permitían su utilización como
enmienda orgánica [18], se cultivaron plantones de un mes de tomate (Solanum
lycopersicum var. montecarlo) en macetas de 7,5 L, en las que se utilizaron diferentes tipos
de sustrato tal y como se indica en la Tabla 2.
TRATAMIENTO
A
AF
ACF
AC
SUSTRATO
Solo arena
Arena y fertilizante
Arena, compost y fertilizante
Arena y compost
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Tabla 2. Composición de los sustratos según los tratamientos.
En el tratamiento AF se realizó una fertilización química cuya composición se muestra en la
Tabla 3.
SEMANAS
1
2-4
5-8
9-10
11-12
13-14
15-final
Ca(NO3)2
76,0
60,5
60,0
51,6
44,2
44,2
56,3
KNO3
0
47,9
63,8
80,8
43,0
24,6
3,1
NH4NO3
0
4,1
0
0
0
0
0
KH2PO4
100,0
16,5
21,7
27,4
21,7
21,7
15,6
K2SO4
0
0
0
1
69,0
108,3
92,2
MgSO4
25,0
41,0
50,0
60,0
50,0
50,0
40,0
Tabla 3. Composición de la fertilización química utilizada en g/L.
Además se añadió una muestra típica de micronutrientes en cada fertilización conteniendo
0,7 ppm de Hierro, 0,2 ppm de Manganeso, 0,04 ppm de Zinc, 0,01 ppm de Cobre, 0,13 de
Boro y 0,006 ppm de Molibdeno [14].
Para realizar los cálculos de los fertilizantes químicos aplicados al tratamiento ACF se tomó
como base el N aportado por el compost [4], considerando un coeficiente de eficacia para el
N de un 5% y una mineralización progresiva. Se decidió suprimir la fertilización química en
este tratamiento en tres periodos de cultivo (semana 1ª, semana 7ª y a partir de la 13ª
semana), con excepción del sulfato magnésico. Esto supuso una reducción aproximada del
40% del N, 56% del P y 44% del K aportado por la fertilización química. Los tratamientos
que incorporaban compost lo hacían en una proporción del 3%.
La duración total del cultivo fue de 20 semanas y fueron utilizadas 60 plantas (15 por cada
tratamiento) realizándose riegos con 200 mL de agua o solución nutritiva 3 veces a la
semana. El volumen de riego fue calculado para evitar los lixiviados. Las macetas se
mantuvieron en condiciones controladas en invernadero a temperaturas variables entre 5ºC
y 32ºC, y un intervalo de humedad entre 40 y 95%.
La toma de muestras para la realización de los análisis tuvo lugar en 3 periodos distintos
que coincidieron con la fase de floración, fructificación y maduración (semana 6ª, semana
13ª y semana 20ª). Se tomaron muestras de hoja y en la fase de maduración se analizaron
los frutos de los tratamientos AF, ACF y AC no así del tratamiento A por no alcanzar la
fructificación.
Se ha realizado medidas del desarrollo de las plantas por el peso seco y peso fresco de las
hojas, así como el estado nutritivo por el contenido de aniones, cationes, N y C foliar.
La concentración de cationes (Na+, Ca2+, Mg2+ y K+) se determinó por cromatografía iónica
empleando un cromatógrafo modelo DIONEX-120 con columna autosupresora modelo
DIONEX ASRS-ULTRA-4mm P/N 53946 y columna de conductividad de cationes modelo
IonPac® CS12A 4x250 mm equipada con detector de conductividad. Como fase móvil se
empleó ácido metanosulfónico 20 mM con flujo de 1 mL/min.
Los aniones (Cl-, PO43- y SO43-) se determinaron también por cromatografía iónica utilizando
el mismo cromatógrafo pero empleando una columna de separación modelo IonPac® AS9HC 4x250 mm equipada con detector de conductividad. Como fase móvil se empleó Na2CO3
9 mM con un flujo de 1 mL/min.
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Para la determinación de nitrógeno se utilizó un analizador (modelo FP-528 de LECO)
mediante la combustión de la muestra y la medición del nitrógeno resultante en una celda de
termoconductividad. El analizador de carbono (modelo SC-144DR de LECO) funciona
mediante la combustión de una única muestra.
La determinación del contenido de metales pesados en las muestras de fruto se realizó tras
digestión ácida utilizando un ICP [6].
El tratamiento de los datos se ha llevado a cabo con el programa STATGRAPHICS Plus
versión 5.1. Los resultados se han analizado por comparación de medidas (test LSD) con
fiabilidad ≥95%. Las medias se han expresado con sus respectivas desviaciones estándar.
3. Resultados
3.1. Desarrollo y nutrición de las plantas
El desarrollo de las plantas se determinó por el cálculo del peso fresco y seco de las hojas.
Los resultados obtenidos muestran un comportamiento semejante para las plantas
adicionadas solo con fertilizante químico y para las plantas mantenidas en sustrato con
compost más fertilizante (Figuras 1 y 2). Tanto en los datos de peso fresco como de peso
seco se puede observar como en los dos primeros periodos (floración y fructificación), las
plantas ACF tienen un peso fresco ligeramente superior a las AF, no apreciándose
diferencias significativas entre ambos tratamientos. En el periodo de maduración se obtiene
un mayor desarrollo en las plantas fertilizadas de forma habitual observándose diferencias
significativas en el peso seco entre ACF y AF. Las plantas mantenidas en el tratamiento AC
muestran una respuesta inferior a partir del periodo de floración, no alcanzando las tasas de
desarrollo que se obtienen en las plantas adicionadas con fertilizantes químicos (Figuras 1 y
2).
140
p e s o fre s c o (g r)
120
100
80
60
40
20
0
T0
FLORACIÓN
A
FRUCTIFICACIÓN MADURACIÓN
AF
ACF
AC
Figura 1. Peso fresco en tejido foliar de las plantas de tomate. Las desviaciones standard no
superpuestas indican diferencias significativas.
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18
peso seco (gr)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
T0
FLORACIÓN
A
FRUCTIFICACIÓN
AF
ACF
MADURACIÓN
AC
Figura 2. Peso seco en tejido foliar de las plantas de tomate. Las desviaciones standard no
superpuestas indican diferencias significativas.
La absorción de nitrógeno fue más efectiva en el tratamiento con fertilización química
durante el periodo inicial de cultivo. A partir de la fase de fructificación no existen diferencias
significativas entre el tratamiento AC y ACF.
La sustitución total de la fertilización sintética por la enmienda orgánica no proporciona los
niveles adecuados de nitrógeno manteniéndose por debajo de 2,5% (Tabla 4), valor umbral
para la deficiencia en nitrógeno en plantas de tomate cultivadas en invernadero (Tabla 5).
C/N
50,00
45,00
%
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
FLORACION
FRUCTIFICACION
A
AF
ACF
MADURACION
AC
Figura 3. Relación C/N en tejido foliar. Las desviaciones standard no superpuestas
indican diferencias significativas.
FLORACIÓN
FRUCTIFICACIÓN
MADURACIÓN
A
1,30 ± 0,259
1,42 ± 0,182
1,02 ± 0,093
AF
4,47 ± 0,633
3,33 ± 0,131
2,94 ± 0,602
ACF
2,53 ± 0,219
3,14 ± 0,122
2,75 ± 0,232
AC
1,86 ± 0,158
2,18 ± 0,325
2,01 ± 0,232
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Tabla 4. %N en tejido foliar.
ELEMENTO
Nitrógeno
Fosfato
Potasio
Calcio
Magnesio
Sulfato
Sodio
Cloro
%
3,5-5,0
>0,9
3,5-5,5
>1,8
0,4-0,8
>0,9
<0,18
<1,5
Tabla 5. Niveles foliares normales de nutrientes en tomate [3].
En relación a los aniones, los valores de Cl- encontrados se muestran por debajo de los
niveles máximos recomendados para tejido foliar en tomate (<1,5%). La acumulación de Clen los tratamientos que contenían compost ha sido significativamente superior a la del resto
de los tratamientos, aunque manteniéndose siempre en niveles óptimos. Los resultados de
fosfatos muestran un incremento progresivo de la acumulación de este anión durante el
desarrollo de la planta, existiendo solo diferencias significativas entre el tratamiento control y
las plantas fertilizadas en el último periodo de muestreo. En esta última fase se ha producido
un aumento de los niveles en tratamiento sólo con compost. Los sulfatos se han ido
absorbiendo también de forma progresiva durante todo el ciclo de cultivo a excepción del
tratamiento control que ha sufrido un proceso contrario. Se ha producido un incremento de
los niveles de sulfato en el tratamiento con fertilización química en la última fase de cultivo.
Tanto los sulfatos como los fosfatos se encuentran por encima de los niveles aconsejados
para este cultivo (0,9%).
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Cl-
PO43-
1,20
7,00
1,00
6,00
5,00
0,60
%
%
0,80
4,00
3,00
0,40
2,00
1,00
0,20
0,00
0,00
FLORACION
FLORACION
FRUCTIFICACION
FRUCTIFICACION
MADURACION
MADURACION
SO436,00
5,00
4,00
%
A
AF
ACF
AC
3,00
2,00
1,00
0,00
FLORACION
FRUCTIFICACION
MADURACION
Figura 4. Niveles de aniones en tejido foliar.
En el caso de los cationes, los valores de Na+ encontrados están por debajo de los límites
aconsejados para este cultivo (<0,18%), sólo en el caso del tratamiento ACF en el tercer
periodo de muestreo se acerca al límite máximo. A excepción del tratamiento control en la
fase de maduración, no existen diferencias significativas entre los tratamientos ensayados
en cada fase de muestreo.
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Ca2+
Na+
10,00
0,20
8,00
0,15
%
%
6,00
4,00
0,10
0,05
2,00
0,00
0,00
FLORACION
FRUCTIFICACION
M ADURACION
FLORACION
MADURACION
Mg2+
5,00
2,50
4,00
2,00
3,00
1,50
%
%
K+
FRUCTIFICACION
2,00
1,00
1,00
0,50
0,00
0,00
FLORACION
FRUCTIFICACION
MADURACION
FLORACION
FRUCTIFICACION
MADURACION
Figura 5. Niveles de cationes en tejido foliar. Las desviaciones standard
no superpuestas indican diferencias significativas.
Los resultados obtenidos al analizar el ión K muestran que solamente se alcanzan niveles
adecuados de este elemento en el tratamiento que contiene exclusivamente aditivos
sintéticos. Los valores umbrales de este elemento para una nutrición adecuada de tomate
están considerados a partir de 3,5%. Tanto las plantas control sin ningún tipo de suplemento
o enmienda como las mantenidas en los tratamientos ACF y AC mostraron niveles de K
foliar inferiores a los recomendados, no observándose diferencias significativas entre ambos
tratamientos. Los niveles aconsejados para el Mg2+ en este cultivo, han de mantenerse entre
valores de 0,4 y 0,8%. En todos los casos el cultivo contiene niveles foliares adecuados a
excepción de AF y ACF en el último periodo de muestreo que lo superan ligeramente. La
acumulación de magnesio es progresiva en el tiempo de cultivo y no existen diferencias
significativas entre los tratamientos en cada periodo de muestreo. Los resultados obtenidos
para el Ca2+ muestran también un incremento progresivo de la acumulación siendo superior
en los tratamientos que contienen compost en relación a AF. En todos los casos se
encuentran por encima del 1,8% considerado valor umbral para un estado de desarrollo
adecuado en cultivo de tomate.
3.2. Acumulación de Boro y metales
El análisis de los frutos nos muestra que no existen diferencias significativas en cuanto a la
acumulación de boro en ninguno de los tratamientos ensayados (Figura 6). Los niveles de
boro promedio para fruto de tomate se estima en 27 ppm [3].
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BORO
50
ppm
40
30
20
10
0
AF
ACF
AC
Figura 6. Niveles de boro en fruto. Desviaciones standard indican diferencias no significativas
El contenido en metales en fruto no presenta diferencias significativas entre los tratamientos
a excepción del plomo. En este caso se observan niveles ligeramente inferiores en el
tratamiento AC. En el caso de este metal se muestran unos resultados superiores para el
tratamiento con fertilización química, aunque las desviaciones nos indican una elevada
variabilidad de los resultados (Figura 7).
NIQUEL
10
15
8
10
6
ppm
ppm
COBRE
4
5
2
0
0
-5
ZINC
4
60
3
40
ppm
ppm
CADMIO
2
1
20
0
0
MERCURIO
PLOMO
150
80
40
20
0
ppm
ppm
60
100
50
0
Figura 7. Niveles de metales pesados en fruto durante el periodo de maduración. Las desviaciones
standard no superpuestas indican diferencias significativas.
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4. Discusión
El desarrollo de las plantas observado nos indica que el aporte de nutrientes por el compost
puede ser adecuado en determinadas condiciones. Trabajos previos han mostrado que la
mineralización producida en lodos compostados pueden conseguir un crecimiento y una
absorción de N aceptable para la planta, cuando no se reduce del todo el aporte de
fertilizante químico [5]. Los incrementos de biomasa debidos a la adición de biosólidos
compostados o no, depende en muchos casos de las dosis aplicadas [13], del tipo de
biosólido [7] [9] o del sustrato utilizado [2]. En experimentos realizados en grama forrajera y
en maíz, se compararon tratamientos que incluían lodos compostados, lodos sin compostar
y fertilización química, obteniendo resultados diferentes dependiendo de las dosis aplicadas
[21] [22]. El incremento de peso seco y peso fresco ha sido observado también en partes
aéreas de brócoli al aumentar la cantidad de lodo compostado de los sustratos [15]. Otros
investigadores han documentado efectos semejantes sobre el crecimiento medio de las
plantas al ser utilizado compost en relación a las plantas control [16] [1] [10]. En estudios de
la calidad de substratos cultivados con especies leñosa en invernadero, se ha observado la
disminución de la proporción de C/N al adicionar lodos y lodos compostados a lo largo del
periodo de cultivo, lo que se traduce en un aumento del crecimiento de las plantas [11].
Otros experimentos realizados en invernadero con cultivos de ray-grass (Lolium multiflorum
Lam.) produjeron mejoras evidentes en la productividad del cultivo y de los niveles de N en
los tejidos analizados [5].
El incremento de los niveles de Cl- en los tratamientos con compost puede se debido a la
composición del mismo. El compost producido con lodos procedentes de la depuración de
aguas urbanas tiene unos niveles de cloro que pueden se elevados debido al proceso de
depuración de las aguas, lo que implica la utilización de grandes cantidades de hipoclorito.
No obstante, en otros tipos de cultivos en los que se utilizaron aguas residuales depuradas
para el riego, ha sido demostrado que aun acumulando mayores cantidades de esos
elementos no se alcanzan niveles tóxicos [24] [19]. Los niveles bajos de K encontrados en
los tratamientos que contenían compost en nuestro experimento son comparables a los
producidos en otras especies vegetales fertilizadas con diferentes dosis de lodos
compostados [15]. En este estudio los contenidos de K+ y de Ca2+ sólo se incrementaban
cuando se utilizaban dosis de 50% de lodo compostado en el substrato de cultivo. Los
niveles de algunos aniones y cationes como K+, Ca2+, Mg2+ o PO43-, han sido estudiados
también en cultivo de col y de cebada [23]. La aplicación de lodos compostados genera
respuestas positivas en el rendimiento de esos cultivos comprobándose en este estudio el
efecto beneficioso de la adición de ciertas cantidades de fertilizantes N-P-K a los lodos
compostados, lo que combina en este caso también las ventajas de los fertilizantes
minerales y los orgánicos.
El análisis final del compost utilizado nos ha mostrado unos niveles aceptables de metales
pesados para su utilización agrícola, tal y como indica la legislación vigente [18]. La
distribución de los metales pesados en los lodos compostados depende en gran medida de
su origen y del tratamiento que se le haya aplicado, por lo que los elementos traza deben
tenerse en cuenta para cada compost de forma individual y así poder predecir el
comportamiento de este tipo de enmienda según el tipo de suelo y de cultivo [17]. Existen un
gran número de estudios en relación a la acumulación de boro y metales pesados que
pueden ser transferidos a la cadena alimentaria. Los resultados son muy variables
dependiendo de la especie investigada, de la composición del compost, del pH del suelo o
de la parte del vegetal examinado. En cultivos de brócoli se acumulan con facilidad
elementos potencialmente tóxicos como el B, Cu, Zn o Cd [15]. En col china y cebada se
observa una mayor acumulación de Cu y Zn en las hojas de ambas especies así como en
los granos de cebada [23]. En especies como la grama forrajera o el maíz se produjo una
mayor acumulación de Zn, tanto en tejidos como en semillas [21] [22].
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5. Conclusiones
La adición de lodo compostado al cultivo de tomate (var. montecarlo) en cultivo de
invernadero parece ser efectiva para la fertilización cuando no se elimina totalmente la
fertilización tradicional. El desarrollo de las plantas alcanza niveles semejantes en el
tratamiento en el que se ha sustituido en parte la fertilización sintética por lodo compostado
(ACF), en relación a las plantas mantenidas con fertilización tradicional (AC). La absorción
de N es tan efectiva en el tratamiento AF como en el ACF a partir del periodo de
fructificación.
La absorción de los aniones y cationes analizados es adecuada para la nutrición de esta
especie en los tratamientos conteniendo lodos compostados a excepción del ion K. No se
observan en este último caso síntomas visuales de deficiencia.
La adición de lodos compostados al medio de cultivo no ha producido efectos perjudiciales
en la acumulación de boro ni metales pesados, ni en el tejido foliar ni en el fruto.
Los resultados obtenidos en esta investigación muestran que la sustitución de parte de la
fertilización química por una enmienda orgánica en el cultivo de tomate de la variedad
montecarlo no produce disminución en el desarrollo de las plantas ni en la acumulación de
elementos tóxicos, teniendo esto un potencial interés tanto económico como
medioambiental.
6. Agradecimientos
Este trabajo es parte del proyecto 135/2004/3, del Ministerio de Medio Ambiente. Los
autores agradecen a FACSA, y al SCIC de la Universitat Jaume I de Castellón por
proporcionar los materiales del ensayo y por la asistencia técnica.
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Castellón, 23-24 de julio de 2008.
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Producción de compost a partir de viruta de madera y lodos estabilizados procedentes de
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