INTRODUCCIÓN

En Cuba, más del 70 % de los cafetos tienen entre 30 y 40 años de plantados (11. Gutiérrez-Benítez JR, Gaskin-Espinosa B. Aplicaciones de “Fitomas e” en posturas de cafeto variedad Caturra rojo. Revista Ingeniería Agrícola. 2017;7(1):16-21.), por lo que es necesaria la renovación de las plantaciones para la obtención de altos niveles de producción. Por este motivo, es necesario contar con posturas sanas y vigorosas, lo que se traducirá en el desarrollo inicial rápido de las plantas, en la reducción de los gastos en la resiembra y, finalmente, en un exitoso establecimiento de las plantaciones (22. Mario EP da CJ, Richardson SR, Israel MP, Derivaldo P da C, Josimar NB, Rita de KG da S, et al. Multivariate analysis in the evaluation of sustrate quality and containers in the production of Arabica coffee seedlings. African Journal of Agricultural Research. 2020;15(3):457-63.).

Dentro de las innovaciones tecnológicas en la caficultura, está la producción de posturas en contenedores plásticos, los que entre sus ventajas se menciona la reducción de las posibilidades de incidencia de patógenos, el incremento del crecimiento de los órganos vegetativos y la calidad de las posturas (33. Bachião POB, de Rezende Maciel AL, Avila RG, Campos CN. Crescimento de mudas de cafeeiro em tubes com fertilizante de liberação lenta. 2018;10(1):105-16.), la formación normal del sistema radicular, el menor volumen de sustrato, la disminución de la incidencia de las malezas, el menor espacio del vivero y la disminución de los costos de transporte (44. Coelho VP de M, Rosa KM, Paiva PEB, Moreira ÉFA, Carvalho M. Fertigation and growth regulator on coffee seedling production in tubes. Pesquisa Agropecuária Tropical. 2018;48(4):350-7.,55. Guisolfi LP, Lo Monaco PAV, Krause MR, Meneghelli CM, Almeida KM, Meneghelli LAM, et al. Agricultural wastes as alternative substrates in the production of conilon coffee seedlings. Biosci. j. (Online). 2020;36(3):792-8.). Esta tecnología incluye la aplicación de fertilizantes de lenta liberación, que aseguran la disponibilidad de los nutrientes en diferentes momentos del crecimiento de las posturas y las plantaciones (66. Guelfi D. Fertilizantes nitrogenados estabilizados, de liberação lenta ou controlada. Informações Agronômicas. 2017;157(1):1-14.,77. Jaeggi MEP da C, Saluci JCG, Rodrigues RR, Gravina G de A, Lima WL de. Alternative substrates in different containers for production of conilon coffee seedlings. 2018;13(1):80-9.); sin embargo, los mismos se caracterizan por sus altos precios.

En Cuba, al adecuar la tecnología de tubetes, recipientes pequeños en forma de tubo, se observó defoliación y disminución de la calidad, a medida que crecían las posturas, por lo que, basándose en los resultados que referían el mayor desarrollo de las posturas producidas en los tubetes de mayor tamaño (77. Jaeggi MEP da C, Saluci JCG, Rodrigues RR, Gravina G de A, Lima WL de. Alternative substrates in different containers for production of conilon coffee seedlings. 2018;13(1):80-9.), se realizaron investigaciones sobre el volumen de los tubetes para las condiciones edafo-climáticas del país (88. Sánchez C, Martínez F, Morán N, Cabanas Y, Meneses I, Vicet E. Influencia de tres tipos de tubetes y diferentes momentos de fertilización en el desarrollo de posturas de café. Café Cacao. 2018;17(1):35-43.), la selección del sustrato (99. Morán N, Martínez F, Bustamante C. Estudio de diferentes fuentes de abono orgánico y mejoradores de sustratos en el desarrollo de posturas de cafetos producidas en tubetes de 180 cm3. Café Cacao. 2020;19(1):24-32.) y luego sobre la acción del fertilizante de liberación controlada (FLC) Multicote (18-6-12), en la que se encontró el mayor crecimiento de las posturas, con dosis que oscilaron entre 2 y 3 gramos por tubete (1010. Bustamante-González C, Ferrás-Negrín Y, Sánchez-Esmoris C. Efecto de dosis de fertilizante de liberación controlada sobre el desarrollo de posturas de cafeto. Café Cacao. 2020;19(1):51-8.); dosis superiores deprimieron algunas variables de crecimiento.

Las instrucciones técnicas del cultivo (1111. Díaz W, Caro P, Bustamante C, Sánchez C, Rodríguez M, Vázquez E. Instructivo Técnico Café Arábico (Coffea arabica Lin). Instituto de Investigaciones Agro-Forestales: Ministerio de la Agricultura. Dirección de Café y Cacao del Grupo Empresarial de Agricultura de Montaña. Instituto de Investigaciones Agro-Forestales; 2013 p. 138.) recomiendan la fertilización mineral en la fase de vivero del cultivo, lo que, unido a los altos planes de producción de posturas, incrementan considerablemente los costos de esta actividad. Para Brasil, el costo del fertilizante representa el 30 % del costo total de la producción (1212. Franco-Junior KS, Carvalho JS, Guimarães BC, Barbosa CKR, Brigante GP, Dias M de S, et al. Evaluation of slow release fertilizer on the initial developmentand coffee production. 2019;14(4):538-43. doi:10.25186/cs.v14i4 ). La anterior situación, unida al incremento del precio de los fertilizantes en el mercado mundial, obliga a buscar soluciones que conlleven al incremento de la eficiencia del uso de estos portadores.

El término eficiencia nutricional es utilizado para caracterizar la capacidad de las plantas de absorber y utilizar nutrientes (1313. Martins LD, Machado LDS, Tomaz MA, Amaral J do. The nutritional efficiency of Coffea spp. A review. African Journal of Biotechnology. 2015;14(9):728-34. doi:10.4314/ajb.v14i9 ) y se relaciona con términos como la eficiencia de absorción, de translocación y de utilización (1414. Amaral JFT do, Martinez HEP, Laviola BG, Fernandes Filho EI, Cruz CD. Eficiência de utilização de nutrientes por cultivares de cafeeiro. Ciência Rural. 2011;41(4):621-9. doi:10.1590/S0103-84782011005000027 ). La eficiencia de utilización refleja la habilidad de un cultivar de producir bien en condiciones de baja disponibilidad de nutrientes en el suelo (1313. Martins LD, Machado LDS, Tomaz MA, Amaral J do. The nutritional efficiency of Coffea spp. A review. African Journal of Biotechnology. 2015;14(9):728-34. doi:10.4314/ajb.v14i9 ).

La eficiencia de absorción está relacionada con la tasa de absorción de nutrientes por unidad de masa de la raíz. Como eficiencia nutricional también se menciona la producción por unidad de fertilizante aplicado y otros términos en el ámbito de la fisiología y la agronomía; sin embargo, se han realizado pocos estudios sobre esa temática en el cultivo del café (1414. Amaral JFT do, Martinez HEP, Laviola BG, Fernandes Filho EI, Cruz CD. Eficiência de utilização de nutrientes por cultivares de cafeeiro. Ciência Rural. 2011;41(4):621-9. doi:10.1590/S0103-84782011005000027 ). La optimización de la eficiencia nutricional es fundamental para mejorar la productividad y reducir los costos (1515. Amaral J, Martinez HE, Cruz CD, Mantovani E, Novais R, Souza R. Índices de eficiência nutricional em Coffea arabica L. In 2001 [cited 2022 Dec 5]. Available from: http://www.sapc.embrapa.br/arquivos/consorcio/spcb_anais/simposio2/solos35.pdf ).

Debido a la ausencia de trabajos sobre esta temática en Cuba, se realizó la investigación con el objetivo de establecer el efecto de diferentes dosis del fertilizante de liberación controlada (FLC), Multicote (18-6-12), sobre la eficiencia nutricional de las posturas de cafetos producidas en tubetes y su relación con el índice de calidad de las mismas.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento se desarrolló en el periodo comprendido de noviembre 2018 a mayo 2019, en el vivero del Instituto de Investigaciones Agroforestales en la Unidad de Ciencia y Tecnología de Base Tercer Frente, localizada a 20º 9' 15.8394" latitud Norte y -76º 16' 16.3554" longitud Oeste, en la provincia Santiago de Cuba. La temperatura media en el periodo experimental fue de 25,1^oC, la humedad relativa de 69 % y 654,7 mm de lluvia, en 36 días.

En un diseño experimental completamente aleatorizado se estudió el efecto de siete dosis de FLC: 0; 1; 2; 3; 4; 5 y 6 gramos, sobre el crecimiento de plántulas de Coffea arabica L., variedad “Isla 6-14”, cultivadas en un sustrato suelo Pardo-estiércol vacuno, en proporción 1:1 con 8,2 % de materia orgánica, pH en agua de 7,38; valores altos de fósforo y potasio-279,5 y 282,7 mg de P₂O₅ y K₂O en 100 g de suelo, respectivamente.

Las semillas fueron pregerminadas en arena y se sembraron en tubetes de propileno de forma cónica, con estrías internas y dimensiones de 5 cm de diámetro interno en la parte superior, 1 cm de diámetro interno en la abertura inferior, 13 cm de altura y 180 cm³ de capacidad. La siembra fue realizada a 2 cm de profundidad y se colocó una semilla por tubete.

El fertilizante utilizado fue el FLC Multicote (18-6-12), con tasa de liberación total de nutrientes de 60 a 120 días a temperatura de 30^oC. Las dosis del fertilizante se aplicaron al momento de elaborar el sustrato.

Cada tratamiento estuvo compuesto por 54 tubetes colocados en una bandeja. De ellos, se consideraron como parcela útil las 24 plantas centrales de cada bandeja.

Se utilizó como cubierta, para el control de la insolación, una malla de sombra negra, con un paso de luz del 50 %, colocada a dos metros por encima de los tubetes, así como en el costado del vivero para evitar la luz solar directa sobre las plantas.

Al momento de la evaluación, las posturas se dividieron en hojas, tallos y raíces, los que se lavaron con agua destilada y se secaron en estufa con ventilación forzada de aire a 70 ⁰C, hasta alcanzar el peso constante. Después del pesaje, tres muestras de cada órgano y de cada tratamiento se analizaron en el laboratorio de suelos y fertilizantes de la Estación Territorial de la Caña de Azúcar de Palma Soriano.

El material vegetal se sometió a una digestión húmeda con ácido sulfúrico y selenio para la determinación de los contenidos totales de nitrógeno, fósforo y potasio. El nitrógeno se determinó por la técnica de Nessler, el fósforo por colorimetría con molibdato de amonio y el potasio por fotometría de llama.

A partir de los valores de masa seca y los contenidos de nutrientes, se calculó la absorción de los nutrientes y, a partir de estos datos, los índices de eficiencia de utilización de nutrientes (EU) (1616. Siddiqi MY, Glass ADM. Utilization index: A modified approach to the estimation and comparison of nutrient utilization efficiency in plants. Journal of Plant Nutrition. 1981;4(3):289-302. doi:10.1080/01904168109362919 ).

El análisis de la varianza clasificación simple se efectuó mediante un diseño completamente al azar, según el modelo lineal de efectos fijos. Los datos se procesaron empleando el programa Statistica para Windows. Se comprobó la normalidad de los datos mediante la prueba de Kolmogorov-Smirnov y la homogeneidad de la varianza por la prueba de Levene. Para la determinación de las diferencias entre los tratamientos se utilizó la dócima de comparación de rangos múltiples de Duncan para p≤0,05.

Los datos de la relación N/P en las hojas, así como los de eficiencia de utilización de los nutrientes y el índice de calidad de las posturas se ajustaron a varios modelos y se seleccionó el de mayor coeficiente de determinación (r²).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las dosis del fertilizante (FLC) influyeron significativamente (p≤0,05) en los contenidos de nitrógeno, fósforo y potasio en todos los órganos de las posturas de cafetos (Tabla 1). Los valores de nitrógeno y fósforo se diferenciaron entre órganos y, de manera general, siguieron el siguiente comportamiento: hojas>raíz>tallo, mientras que para el potasio fue raíz>hojas>tallo.

Los valores en hoja de los macronutrientes obtenidos en este trabajo resultaron superiores a los informados para la variedad Isla al aplicar FitoMas E al 1 %, mensualmente, a posturas de cafetos producidas en bolsos (1717. Bustamante C, Ferrás Y. Efecto del FitoMas-E en la eficiencia de utilización de nutrientes por posturas de variedades de Coffea arabica L. Café Cacao. 2019;18(1):15-23.). En el caso de los contenidos de fósforo en hoja, fueron igualmente superiores a los valores entre 0,21-0,26 informados para las condiciones de invernaderos en Colombia, al estudiar el efecto de bacterias solubilizadoras de fosfatos (1818. Cisneros-Rojas CA, Sánchez-de Prager M, Menjivar-Flores JC. Efecto de bacterias solubilizadoras de fosfatos sobre el desarrollo de plántulas de café. Agronomía Mesoamericana. 2017;28(1):149-58. doi:10.15517/am.v28i1.22021 ).

Con excepción del contenido de nitrógeno en las hojas del tratamiento testigo, el resto de los valores de ese elemento y los de fósforo y potasio resultaron superiores a los valores críticos encontrados al realizar estos estudios para las posturas producidas en tubetes en Brasil (1919. Gonçalves SM, Guimarães RJ, Carvalho JG de, Botrel ÉP. Faixas críticas de teores foliares de macronutrientes em mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) produzidas em tubetes. Ciência e Agrotecnologia. 2009;33(3):743-52. doi:10.1590/S1413-70542009000300012 ), lo que pudiera estar relacionado con el tipo de sustrato utilizado. Las concentraciones de fósforo y potasio fueron superiores a los rangos de suficiencia, informados al correlacionar los análisis foliares y de suelos para cafetos con altos niveles productivos en Brasil (2020. Sousa JS, Neves JC, Martinez HE, Alvarez VH. Relationship between Coffee Leaf Analysis and Soil Chemical Analysis. Revista Brasileira de Ciência do Solo [Internet]. 2018 [cited 05/11/2022];42. doi:10.1590/18069657rbcs20170109 ).

En los tubetes las posturas encuentran mayor disponibilidad de agua y nutrientes, lo que unido al desarrollo del sistema radicular, minimizan el estrés hídrico y limita el metabolismo (2121. Espindula M, Balbino TJ, Jaraceski R, Teixeira AL, Machado JR, Pasqualotto RG. Different volumes of tubes for clonal propagation of Coffea canephora from seedlings. 2018;13(1):33-40. doi:10.25186/cs.v13i1.1353 ).

La aplicación de las dosis del FLC posibilitó el incremento paulatino de las concentraciones de los nutrientes. En las hojas y raíces se alcanzaron los máximos valores de nitrógeno y fósforo, significativamente superiores al resto de los contenidos, al aplicar 5 gramos del Multicote (Tabla 1). En las hojas, el mayor contenido de potasio se alcanzó con la mayor dosis de FLC.

La relación N:P en tejidos vegetales se propuso como un indicador limitante del crecimiento. Se encontró que esta relación osciló entre 5,36 y 10,25, y en el caso específico de las hojas, entre 7,41 y 10,25, lo que es un reflejo de que el nitrógeno resultó el limitante en el sustrato, ya que relaciones superiores a 16, indican que el crecimiento es limitado por el fosforo (2222. Tessier JT, Raynal DJ. Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation. Journal of Applied Ecology. 2003;40(3):523-34. doi:https://doi.org/10.1046/j.1365-2664.2003.00820.x ); mientras que menores de 16 señalan al nitrógeno. Se encontraron coeficientes de determinación (R²) altos y significativos entre las dosis del FLC y la relación N/P, siendo estos de mayor valor en la raíz de los cafetos (Figura 1).

La absorción de nutrientes se incrementó en todos los órganos por efecto de las dosis de FLC, y la misma se diferenció según el nutriente analizado. De esta manera, la dosis de 3 g de FLC tubete^-1 garantizó valores de nitrógeno similares, estadísticamente, al mayor valor alcanzado con la dosis de 5 g FLC tubete^-1 (Tabla 2).

La dosis de 2 g FLC tubete^-1 permitió obtener valores de absorción de fósforo similares, estadísticamente, a los mayores valores de este elemento, alcanzados con la dosis de 5 g de FLC (Tabla 2). Con la aplicación de esta misma dosis, se lograron los valores superiores de absorción de potasio, que se diferenciaron, estadísticamente, de los alcanzados con el resto de los tratamientos (Tabla 2).

La distribución relativa de la absorción de los macronutrientes en los órganos de la planta fue diferente, según el nutriente analizado. Como promedio de todas las dosis, el 64,2 % del nitrógeno se localizó en las hojas de las posturas, seguido del 26,2 % en las raíces. En el tallo se localizó el resto de este elemento, con la característica de un marcado efecto descendiente, desde el 11,3 % para el testigo, hasta un 4,5 % en el tratamiento con la dosis de 6 g FLC tubete^-1.

El 58,6 % del fósforo se localizó en las hojas, el 27,4 % en las raíces y el 14 % en el tallo.

La distribución del potasio entre los órganos fue también diferente y se encontró, como promedio de todas las dosis, el 61,8 % en las raíces, el 31,8 % en las hojas y solo el 6,4 % en los tallos.

La eficiencia de la utilización resulta de las interacciones entre la absorción, el transporte, la redistribución y el metabolismo de los nutrientes en una planta y la misma refleja, no solo el contenido del nutriente en los diferentes órganos, sino también la cantidad de materia seca producida por unidad de nutriente adquirido (2323. Pedrosa AW, Martinez HEP, Cruz CD, DaMatta FM, Clemente JM, Neto AP. Characterizing zinc use efficiency in varieties of Arabica coffee. Acta Scientiarum. Agronomy. 2013;35(3):343-8. doi:10.4025/actasciagron.v35i3.16322 ).

Para las posturas de cafetos cultivadas en tubetes se encontró que la eficiencia de utilización de los nutrientes, independientemente de la dosis de FLC aplicada, fue superior para el fósforo, seguido del nitrógeno y, por último, el potasio (Tabla 3). Se destaca que los mayores valores de eficiencia de utilización de los tres nutrientes, se encontraron al aplicar la dosis de 2 g tubete^-1 del fertilizante, lo que concuerda con las evaluaciones morfológicas realizadas anteriormente en este experimento (1010. Bustamante-González C, Ferrás-Negrín Y, Sánchez-Esmoris C. Efecto de dosis de fertilizante de liberación controlada sobre el desarrollo de posturas de cafeto. Café Cacao. 2020;19(1):51-8.).

Similar comportamiento de mayor eficiencia de utilización del fósforo por encima del nitrógeno y el potasio, se encontró al estudiar este indicador en tres variedades injertadas de café (2424. Tomaz MA, Sakiyama NS, Martinez HEP, Cruz CD, Zambolim L, Pereira AA. Comparison of nutritional efficiency among hydroponic grafted young coffee trees for N, P, and K. Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2004;4(1):92-9.). Estos autores citan a Gerloff y Gabelman (2525. C GG. Genetic basis of inorganic plant nutrition. Encyclopedia of Plant Physiology. 1983;453-80.), quienes exponen tres posibles razones para explicar esta situación, de las cuales se considera se ajusta más a los resultados de esta investigación, la que lo relaciona con la mayor redistribución del nutriente a los puntos de crecimiento.

La mayor eficiencia de utilización del nitrógeno se encontró con la dosis de 2 g de Multicote tubete^-1, que implica 0,36 g de N por tubete^-1, que coincide con investigaciones donde se concluyó que dosis superiores a 0,4 g N planta^-1 deprimen el crecimiento de las posturas de café (2626. Salamanca-Jimenez A, Doane TA, Horwath WR. Coffee response to nitrogen and soil water content during the early growth stage. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2017;180(5):614-23. doi:https://doi.org/10.1002/jpln.201600601 ) y que las sobredosis de nitrógeno pueden incrementar el contenido de nitratos, reducir los aminoácidos esenciales, causar toxicidad por amonio o dañar el sistema radical, entre otros efectos negativos y, en resumen, dañar el crecimiento de las plantas, el rendimiento y su calidad.

Estos valores de masa seca obtenidos por mg de fósforo reafirman el papel del nutriente en esta fase del cultivo, que además de promover el crecimiento prematuro de las raíces, mejora la eficiencia del uso del agua (2727. de Melo B, Mendes ANG, Guimaraes PTG, Dias FP. Substratos, fontes e doses de P2O5 na produção de mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) em tubetes. Bioscience Journal. 2006;19(2):35-44.). Por otro lado, la menor producción de biomasa por unidad de potasio puede relacionarse con su bajo requerimiento en esta fase fenológica del cultivo y, por consiguiente, la baja eficiencia de absorción (Tabla 3).

Los datos de la regresión entre las dosis de FLC y la eficiencia de utilización de los tres nutrientes, mostraron mejores ajustes a diferentes funciones. Para el nitrógeno, exponencial con R²=0,58; mientras que, para el fósforo y el potasio, cuadráticas con R² de 0,59 para ambos. En todos los casos, se encontró la tendencia a la disminución de la eficiencia con el incremento de las dosis del fertilizante. Similar situación de disminución de la eficiencia de utilización con el incremento de las dosis de Osmocote, se encontró en la producción de posturas de Pinus halepensis mil (2828. Oliet J, Segura ML, Dominguez FM, Blanco E, Serrada R, Arias ML, et al. Los fertilizantes de liberación controlada lenta aplicados a la producción de planta forestal de vivero. Efecto de dosis y formulaciones sobre la calidad de Pinus halepensis Mill. Forest systems. 1999;8(1):207-28.) y en cafetos, al estudiar la relación entre dosis de nitrógeno, fotosíntesis y el rendimiento en cafetos de 2,5 años de plantados en Etiopía (2929. Bote AD, Zana Z, Ocho FL, Vos J. Analysis of coffee (Coffea arabica L.) performance in relation to radiation level and rate of nitrogen supply II. Uptake and distribution of nitrogen, leaf photosynthesis and first bean yields. European Journal of Agronomy. 2018;92:107-14. doi:10.1016/j.eja.2017.10.006 ). Similar disminución de la absorción de nitrógeno con el incremento de la dosis de urea se demostró en estudios realizados en café con isotopos de nitrógeno (3030. Neto AP, Favarin JL, Hammond JP, Tezotto T, Couto HTZ. Analysis of Phosphorus Use Efficiency Traits in Coffea Genotypes Reveals Coffea arabica and Coffea canephora Have Contrasting Phosphorus Uptake and Utilization Efficiencies. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2016 [cited 05/11/2022];7. doi:10.3389/fpls.2016.00408 ).

Se debe destacar que el índice de calidad de las posturas de café en el experimento estuvo cercano al valor de 0.42, considerado ideal para las mismas (3131. Jaeggi M, Rocha R, Pereira I, Cruz D, Guarnier da Silva R, Batista J, et al. Alternative Substrate and Recipients for the Production of Arabica Coffee Seedlings. Journal of Agricultural Science. 2020;12(5):82. doi:10.5539/jas.v12n5p82 ). Los valores de correlación entre el índice de calidad de las posturas de café y el índice de utilización de los nutrientes, alcanzaron valores de 0,93; 0,90 y 0,84 para el nitrógeno, fósforo y potasio, respectivamente. Se encontró el incremento paulatino de este índice con el incremento de la eficiencia de utilización de los nutrientes (Figura 2). Al estudiar la absorción de fósforo e índices de eficiencia en genotipos de café (2727. de Melo B, Mendes ANG, Guimaraes PTG, Dias FP. Substratos, fontes e doses de P2O5 na produção de mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) em tubetes. Bioscience Journal. 2006;19(2):35-44.), se encontraron correlaciones positivas con la altura, el diámetro del tallo, el número de hojas y ramas, todos ellos relacionados con la masa seca de la planta, un componente significativo en el cálculo del coeficiente de utilización del fósforo.

De esta manera se estableció que para la fertilización de las posturas de cafetos producidas en tubetes, la dosis de 2 g del Multicote propició la mayor eficiencia de utilización de los nutrientes y que dosis superiores podrían incrementar una mayor absorción de los mismos, pero también podrían ocasionar impactos negativos, como un mayor riesgo medioambiental, por el incremento de los lixiviados, además del impacto económico al utilizar una dosis superior del costoso fertilizante.

CONCLUSIONES

INTRODUCTION

In Cuba, more than 70 % of the coffee trees are between 30 and 40 years old (11. Gutiérrez-Benítez JR, Gaskin-Espinosa B. Aplicaciones de “Fitomas e” en posturas de cafeto variedad Caturra rojo. Revista Ingeniería Agrícola. 2017;7(1):16-21.), so it is necessary to renew the plantations in order to obtain high levels of production. For this reason, it is necessary to have healthy and vigorous seedlings, which will result in the rapid initial development of the plants, in the reduction of expenses in replanting and, finally, in the successful establishment of plantations (22. Mario EP da CJ, Richardson SR, Israel MP, Derivaldo P da C, Josimar NB, Rita de KG da S, et al. Multivariate analysis in the evaluation of sustrate quality and containers in the production of Arabica coffee seedlings. African Journal of Agricultural Research. 2020;15(3):457-63.).

Among the technological innovations in coffee growing is the production of seedlings in plastic containers, whose advantages include the reduction of incidence possibilities of pathogens, increased growth of vegetative organs and quality of seedlings (33. Bachião POB, de Rezende Maciel AL, Avila RG, Campos CN. Crescimento de mudas de cafeeiro em tubes com fertilizante de liberação lenta. 2018;10(1):105-16.), normal formation of the root system, lower volume of substrate, reduced incidence of weeds, less space in the nursery and reduced transportation costs (44. Coelho VP de M, Rosa KM, Paiva PEB, Moreira ÉFA, Carvalho M. Fertigation and growth regulator on coffee seedling production in tubes. Pesquisa Agropecuária Tropical. 2018;48(4):350-7.,55. Guisolfi LP, Lo Monaco PAV, Krause MR, Meneghelli CM, Almeida KM, Meneghelli LAM, et al. Agricultural wastes as alternative substrates in the production of conilon coffee seedlings. Biosci. j. (Online). 2020;36(3):792-8.). This technology includes the application of slow-release fertilizers, which ensure the availability of nutrients at different times during the growth of seedlings and plantations (66. Guelfi D. Fertilizantes nitrogenados estabilizados, de liberação lenta ou controlada. Informações Agronômicas. 2017;157(1):1-14.,77. Jaeggi MEP da C, Saluci JCG, Rodrigues RR, Gravina G de A, Lima WL de. Alternative substrates in different containers for production of conilon coffee seedlings. 2018;13(1):80-9.); however, these are characterized by their high prices.

In Cuba, when adapting the technology of tubes, small containers in the form of tubes, defoliation and decrease of quality were observed, as the seedlings grew. Based on the results that referred to the greater development of seedlings produced in the larger tubes (77. Jaeggi MEP da C, Saluci JCG, Rodrigues RR, Gravina G de A, Lima WL de. Alternative substrates in different containers for production of conilon coffee seedlings. 2018;13(1):80-9.), investigations were carried out on the volume of the tubes for the soil-climatic conditions of the country (88. Sánchez C, Martínez F, Morán N, Cabanas Y, Meneses I, Vicet E. Influencia de tres tipos de tubetes y diferentes momentos de fertilización en el desarrollo de posturas de café. Café Cacao. 2018;17(1):35-43.), the selection of the substrate (99. Morán N, Martínez F, Bustamante C. Estudio de diferentes fuentes de abono orgánico y mejoradores de sustratos en el desarrollo de posturas de cafetos producidas en tubetes de 180 cm3. Café Cacao. 2020;19(1):24-32.) and then on the action of the controlled release fertilizer (CRF) Multicote (18-6-12). The greatest growth of the postures was found, with doses that oscillated between 2 and 3 grams per tube (1010. Bustamante-González C, Ferrás-Negrín Y, Sánchez-Esmoris C. Efecto de dosis de fertilizante de liberación controlada sobre el desarrollo de posturas de cafeto. Café Cacao. 2020;19(1):51-8.); higher doses depressed some growth variables.

The technical instructions for cultivation (1111. Díaz W, Caro P, Bustamante C, Sánchez C, Rodríguez M, Vázquez E. Instructivo Técnico Café Arábico (Coffea arabica Lin). Instituto de Investigaciones Agro-Forestales: Ministerio de la Agricultura. Dirección de Café y Cacao del Grupo Empresarial de Agricultura de Montaña. Instituto de Investigaciones Agro-Forestales; 2013 p. 138.) recommend mineral fertilization in the nursery phase of the crop, which, together with the high production plans for seedlings, considerably increase the costs of this activity. For Brazil, the cost of fertilizer represents 30 % of the total cost of production (1212. Franco-Junior KS, Carvalho JS, Guimarães BC, Barbosa CKR, Brigante GP, Dias M de S, et al. Evaluation of slow release fertilizer on the initial developmentand coffee production. 2019;14(4):538-43. doi:10.25186/cs.v14i4 ). The above situation, together with the increase in the price of fertilizers in the world market, makes it necessary to look for solutions that lead to an increase in the efficiency of the use of these carriers.

The term nutritional efficiency is used to characterize the capacity of plants to absorb and utilize nutrients (1313. Martins LD, Machado LDS, Tomaz MA, Amaral J do. The nutritional efficiency of Coffea spp. A review. African Journal of Biotechnology. 2015;14(9):728-34. doi:10.4314/ajb.v14i9 ) and is related to terms such as absorption, translocation and utilization efficiency (1414. Amaral JFT do, Martinez HEP, Laviola BG, Fernandes Filho EI, Cruz CD. Eficiência de utilização de nutrientes por cultivares de cafeeiro. Ciência Rural. 2011;41(4):621-9. doi:10.1590/S0103-84782011005000027 ). Utilization efficiency reflects the ability of a cultivar to produce well under conditions of low soil nutrient availability (1313. Martins LD, Machado LDS, Tomaz MA, Amaral J do. The nutritional efficiency of Coffea spp. A review. African Journal of Biotechnology. 2015;14(9):728-34. doi:10.4314/ajb.v14i9 ).

Absorption efficiency is related to the rate of nutrient uptake per unit root mass. Nutritional efficiency is also referred to as production per unit of fertilizer applied and other terms in the field of physiology and agronomy; however, few studies have been conducted on this subject in coffee cultivation (1414. Amaral JFT do, Martinez HEP, Laviola BG, Fernandes Filho EI, Cruz CD. Eficiência de utilização de nutrientes por cultivares de cafeeiro. Ciência Rural. 2011;41(4):621-9. doi:10.1590/S0103-84782011005000027 ). The optimization of nutritional efficiency is fundamental to improve productivity and reduce costs (1515. Amaral J, Martinez HE, Cruz CD, Mantovani E, Novais R, Souza R. Índices de eficiência nutricional em Coffea arabica L. In 2001 [cited 2022 Dec 5]. Available from: http://www.sapc.embrapa.br/arquivos/consorcio/spcb_anais/simposio2/solos35.pdf ).

Due to the absence of works on this subject in Cuba, the research was carried out with the objective of establishing the effect of different doses of the controlled release fertilizer (CRF), Multicote (18-6-12), on the nutritional efficiency of coffee plants postures produced in tubes and its relation with their quality index.

MATERIALS AND METHODS

The experiment was developed in the period from November 2018 to May 2019, in the nursery of the Institute of Agroforestry Research in the Unit of Science and Technology Base Third Front, located at 20º 9' 15.8394" North latitude and -76º 16' 16.3554" West longitude, in the province Santiago de Cuba. The average temperature during the experimental period was 25.1 ºC, the relative humidity was 69 % and 654.7 mm of rain in 36 days.

In a completely randomized experimental design, the effect of seven doses of FLC was studied: 0; 1; 2; 3; 4; 5 and 6 grams, on the growth of seedlings of Coffea arabica L., variety "Isla 6-14". It grown in a Brown soil-cow manure substrate, in a 1:1 ratio with 8.2 % organic matter, pH in water of 7.38; high values of phosphorus and potassium-279.5 and 282.7 mg of P₂O₅ and K₂O in 100 g of soil, respectively.

The seeds were pregerminated in sand and sown in conical propylene tubes, with internal grooves and dimensions of 5 cm internal diameter at the top, 1 cm internal diameter at the bottom opening, 13 cm height and 180 cm³ capacity. Sowing was done at 2 cm depth and one seed was placed per tube.

The fertilizer used was FLC Multicote (18-6-12), with a total nutrient release rate of 60 to 120 days at a temperature of 30 ºC. The fertilizer doses were applied at the time the substrate was prepared.

Each treatment consisted of 54 tubers placed in a tray. From these, the 24 central plants of each tray were considered as a useful plot.

A black shade net, with a light passage of 50 %, placed two meters above the tubes, as well as on the side of the nursery to avoid direct sunlight on the plants, was used as a cover to control insolation.

At the time of evaluation, the postures were divided into leaves, stems and roots, which were washed with distilled water and dried in an oven with forced air ventilation at 70 ºC, until a constant weight was reached. After weighing, three samples of each organ and each treatment were analyzed in the soil and fertilizer laboratory of the Sugarcane Territorial Station of Palma Soriano.

The plant material was subjected to wet digestion with sulfuric acid and selenium for the determination of total nitrogen, phosphorus and potassium contents. Nitrogen was determined by the Nessler technique, phosphorus by colorimetry with ammonium molybdate and potassium by flame photometry.

From the dry mass values and nutrient contents, nutrient uptake was calculated and, from these data, nutrient utilization efficiency (EU) indices were calculated (1616. Siddiqi MY, Glass ADM. Utilization index: A modified approach to the estimation and comparison of nutrient utilization efficiency in plants. Journal of Plant Nutrition. 1981;4(3):289-302. doi:10.1080/01904168109362919 ).

The analysis of variance simple classification was carried out using a completely randomized design, according to the linear fixed effects model. Data were processed using Statistica for Windows. The normality of the data was tested by the Kolmogorov-Smirnov test and the homogeneity of variance by the Levene test. For the determination of differences between treatments, Duncan's multiple range comparison dyme for p≤0.05 was used.

Leaf N/P ratio data, as well as nutrient utilization efficiency and stand quality index were fitted to several models and the one with the highest coefficient of determination (r²) was selected.

RESULTS AND DISCUSSION

Fertilizer doses (FLC) significantly influenced (p≤0.05) the nitrogen, phosphorus and potassium contents in all organs of the coffee plants (Table 1). Nitrogen and phosphorus values differed between organs and generally followed the following behavior: leaves>root>stem, while for potassium it was root>leaves>stem.

The leaf values of macronutrients obtained in this work were higher than those ones reported for Isla variety when applying FitoMas E at 1 %, monthly (1717. Bustamante C, Ferrás Y. Efecto del FitoMas-E en la eficiencia de utilización de nutrientes por posturas de variedades de Coffea arabica L. Café Cacao. 2019;18(1):15-23.). In the case of phosphorus contents in leaves, they were also higher than the values between 0.21-0.26 reported for greenhouse conditions in Colombia, when studying the effect of phosphate solubilizing bacteria (1818. Cisneros-Rojas CA, Sánchez-de Prager M, Menjivar-Flores JC. Efecto de bacterias solubilizadoras de fosfatos sobre el desarrollo de plántulas de café. Agronomía Mesoamericana. 2017;28(1):149-58. doi:10.15517/am.v28i1.22021 ).

With the exception of the nitrogen content in the leaves of the control treatment, the rest of the values of this element and those of phosphorus and potassium were higher than the critical values found in these studies for seedlings produced in tubers in Brazil (1919. Gonçalves SM, Guimarães RJ, Carvalho JG de, Botrel ÉP. Faixas críticas de teores foliares de macronutrientes em mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) produzidas em tubetes. Ciência e Agrotecnologia. 2009;33(3):743-52. doi:10.1590/S1413-70542009000300012 ), which could be related to the type of substrate used. The concentrations of phosphorus and potassium were higher than the sufficiency ranges reported when correlating foliar and soil analyses for coffee plants with high productive levels in Brazil (2020. Sousa JS, Neves JC, Martinez HE, Alvarez VH. Relationship between Coffee Leaf Analysis and Soil Chemical Analysis. Revista Brasileira de Ciência do Solo [Internet]. 2018 [cited 05/11/2022];42. doi:10.1590/18069657rbcs20170109 ).

In the tubes, seedlings find greater availability of water and nutrients, which, together with the development of the root system, minimizes hydric stress and limits metabolism (2121. Espindula M, Balbino TJ, Jaraceski R, Teixeira AL, Machado JR, Pasqualotto RG. Different volumes of tubes for clonal propagation of Coffea canephora from seedlings. 2018;13(1):33-40. doi:10.25186/cs.v13i1.1353 ).

The application of the FLC doses made possible the gradual increase of nutrient concentrations. In leaves and roots, the maximum values of nitrogen and phosphorus, significantly higher than the rest of the contents, were reached when 5 grams of Multicote were applied (Table 1). In leaves, the highest potassium content was reached with the highest dose of FLC.

The N:P ratio in plant tissues was proposed as a limiting indicator of growth. It was found that this ratio ranged between 5.36 and 10.25, and in the specific case of leaves, between 7.41 and 10.25, which is a reflection that nitrogen was the limiting factor in the substrate, since ratios higher than 16 indicate that growth is limited by phosphorus (2222. Tessier JT, Raynal DJ. Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation. Journal of Applied Ecology. 2003;40(3):523-34. doi:https://doi.org/10.1046/j.1365-2664.2003.00820.x ), while ratios lower than 16 indicate nitrogen. High and significant coefficients of determination (R²) were found between the doses of FLC and the N/P ratio, these being of greater value in the root of the coffee plants (Figure 1).

Nutrient uptake was increased in all organs by the effect of the FLC doses, and it differed according to the nutrient analyzed. Thus, the 3 g FLC tube^-1 dose guaranteed nitrogen values statistically similar to the highest value reached with the 5 g FLC tube^-1 dose (Table 2).

The 2 g FLC tube^-1 dose allowed obtaining phosphorus uptake values statistically similar to the highest values of this element reached with the 5 g FLC dose (Table 2). With the application of this same dose, higher potassium uptake values were achieved, which differed statistically from those achieved with the rest of the treatments (Table 2).

The relative distribution of macronutrient uptake in the plant organs was different according to the nutrient analyzed. As an average of all the doses, 64.2 % of the nitrogen was located in the leaves of the seedlings, followed by 26.2 % in the roots. The rest of this element was located in the stem, with the characteristic of a marked decreasing effect, from 11.3 % for the control, to 4.5 % in the treatment with the dose of 6 g FLC tube^-1.

The 58.6 % of phosphorus was located in the leaves, 27.4 % in the roots and 14 % in the stem.

The distribution of potassium among the organs was also different and it was found, as an average of all doses, 61.8 % in roots, 31.8 % in the leaves and only 6.4 % in stems.

The efficiency of utilization results from the interactions between absorption, transport, redistribution and metabolism of nutrients in a plant and reflects not only the content of the nutrient in the different organs, but also the amount of dry matter produced per unit of nutrient acquired (2323. Pedrosa AW, Martinez HEP, Cruz CD, DaMatta FM, Clemente JM, Neto AP. Characterizing zinc use efficiency in varieties of Arabica coffee. Acta Scientiarum. Agronomy. 2013;35(3):343-8. doi:10.4025/actasciagron.v35i3.16322 ).

For coffee plants grown in tubers, it was found that the efficiency of nutrient utilization, regardless of FLC dose applied, was higher for phosphorus, followed by nitrogen and, finally, potassium (Table 3). It should be noted that the highest values of utilization efficiency of the three nutrients were found when applying the dose of 2 g tube^-1 of fertilizer, which is in agreement with the morphological evaluations previously carried out in this experiment (1010. Bustamante-González C, Ferrás-Negrín Y, Sánchez-Esmoris C. Efecto de dosis de fertilizante de liberación controlada sobre el desarrollo de posturas de cafeto. Café Cacao. 2020;19(1):51-8.).

Similar behavior of higher efficiency of phosphorus utilization over nitrogen and potassium, was found when studying this indicator in three grafted varieties of coffee (2424. Tomaz MA, Sakiyama NS, Martinez HEP, Cruz CD, Zambolim L, Pereira AA. Comparison of nutritional efficiency among hydroponic grafted young coffee trees for N, P, and K. Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2004;4(1):92-9.). These authors cite Gerloff and Gabelman (2525. C GG. Genetic basis of inorganic plant nutrition. Encyclopedia of Plant Physiology. 1983;453-80.), who state three possible reasons to explain this situation, of which the one that relates it to the greater redistribution of the nutrient to the growing points is considered more in line with the results of this research.

The highest nitrogen utilization efficiency was found with the dose of 2 g Multicote tube^-1, which implies 0.36 g N per tube^-1, which coincides with research where it was concluded that doses higher than 0, 4 g N plant^-1 depress the growth of coffee seedlings (2626. Salamanca-Jimenez A, Doane TA, Horwath WR. Coffee response to nitrogen and soil water content during the early growth stage. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2017;180(5):614-23. doi:https://doi.org/10.1002/jpln.201600601 ). Nitrogen overdoses can increase nitrate content, reduce essential amino acids, cause ammonium toxicity or damage the root system, among other negative effects and, in summary, damage plant growth, yield and quality.

These dry mass values obtained per mg of phosphorus reaffirm the role of the nutrient in this phase of the crop, which, in addition to promoting premature root growth, improves water use efficiency (2727. de Melo B, Mendes ANG, Guimaraes PTG, Dias FP. Substratos, fontes e doses de P2O5 na produção de mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) em tubetes. Bioscience Journal. 2006;19(2):35-44.). On the other hand, the lower biomass production per unit of potassium may be related to its low requirement at this phenological stage of the crop and, consequently, low uptake efficiency (Table 3).

Regression data between FLC doses and utilization efficiency of the three nutrients showed better fits to different functions. For nitrogen, exponential with R²=0.58; while, for phosphorus and potassium, quadratic with R² of 0.59 for both. In all cases, there was a tendency for efficiency to decrease with increasing doses of fertilizer. A similar situation of decreasing efficiency of utilization with increasing doses of Osmocote was found in the production of Pinus halepensis mil seedlings (2828. Oliet J, Segura ML, Dominguez FM, Blanco E, Serrada R, Arias ML, et al. Los fertilizantes de liberación controlada lenta aplicados a la producción de planta forestal de vivero. Efecto de dosis y formulaciones sobre la calidad de Pinus halepensis Mill. Forest systems. 1999;8(1):207-28.) and in coffee plants, when studying the relationship between nitrogen doses, photosynthesis and yield in coffee plants 2.5 years old planted in Ethiopia (2929. Bote AD, Zana Z, Ocho FL, Vos J. Analysis of coffee (Coffea arabica L.) performance in relation to radiation level and rate of nitrogen supply II. Uptake and distribution of nitrogen, leaf photosynthesis and first bean yields. European Journal of Agronomy. 2018;92:107-14. doi:10.1016/j.eja.2017.10.006 ). A similar decrease in nitrogen uptake with increasing urea dosage was demonstrated in studies on coffee with nitrogen isotopes (3030. Neto AP, Favarin JL, Hammond JP, Tezotto T, Couto HTZ. Analysis of Phosphorus Use Efficiency Traits in Coffea Genotypes Reveals Coffea arabica and Coffea canephora Have Contrasting Phosphorus Uptake and Utilization Efficiencies. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2016 [cited 05/11/2022];7. doi:10.3389/fpls.2016.00408 ).

It should be noted that the quality index of the coffee roasts in the experiment was close to the value of 0.42, considered ideal for them (3131. Jaeggi M, Rocha R, Pereira I, Cruz D, Guarnier da Silva R, Batista J, et al. Alternative Substrate and Recipients for the Production of Arabica Coffee Seedlings. Journal of Agricultural Science. 2020;12(5):82. doi:10.5539/jas.v12n5p82 ). The correlation values between the quality index of coffee seedlings and the nutrient utilization index reached values of 0.93, 0.90 and 0.84 for nitrogen, phosphorus and potassium, respectively. The gradual increase of this index was found with the increase in the efficiency of nutrient utilization (Figure 2). When studying phosphorus absorption and efficiency indexes in coffee genotypes (2727. de Melo B, Mendes ANG, Guimaraes PTG, Dias FP. Substratos, fontes e doses de P2O5 na produção de mudas de cafeeiro (Coffea arabica L.) em tubetes. Bioscience Journal. 2006;19(2):35-44.), positive correlations were found with height, stem diameter, number of leaves and branches, all of which are related to the dry mass of the plant, a significant component in the calculation of the phosphorus utilization coefficient.

Thus, it was established that for the fertilization of coffee plants produced in tubes, the 2 g dose of Multicote provided the highest efficiency of nutrient utilization and that higher doses could increase the absorption of nutrients. It could also cause negative impacts, such as a greater environmental risk, due to the increase of leachates, in addition to the economic impact of using a higher dose of the costly fertilizer.

CONCLUSIONS