INTRODUCCIÓN

La utilización de los bioproductos en la agricultura es una alternativa para lograr un desarrollo ecológicamente sostenible, estos no contaminan el ambiente y contribuyen a la conservación de la fertilidad del suelo y la biodiversidad del agroecosistema.

Los bioestimulantes se utilizaron inicialmente en la producción orgánica, pero en la actualidad su uso en la producción convencional se ha incrementado, debido a los imperativos económicos y de sostenibilidad. El mercado de estos productos crece anualmente y, en 2018, alcanzó la cifra de 2,24 millón de millones de dólares (11. Xu L, Geelen D. Developing Biostimulants From Agro-Food and Industrial By-Products. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2018 [cited 13/12/2021];9. doi:10.3389/fpls.2018.01567 ).

Los bioestimulantes agrícolas pueden incrementar la floración, el crecimiento, la productividad y la eficiencia del uso de los nutrientes (22. Puglia D, Pezzolla D, Gigliotti G, Torre L, Bartucca ML, Del Buono D. The Opportunity of Valorizing Agricultural Waste, Through Its Conversion into Biostimulants, Biofertilizers, and Biopolymers. Sustainability. 2021;13(5):2710. doi:10.3390/su13052710 ) y la tolerancia a los estreses abióticos está relacionado, posiblemente, con el incremento significativo en prolina y azucares solubles (33. Ngoroyemoto N, Gupta S, Kulkarni MG, Finnie JF, Van Staden J. Effect of organic biostimulants on the growth and biochemical composition of Amaranthus hybridus L. South African Journal of Botany. 2019;124:87-93. doi:10.1016/j.sajb.2019.03.040 ). Para los frutales es limitada la información, probablemente, ya que los ensayos con estos presentan varias desventajas: el largo período de fomento, la necesidad de una gran superficie experimental, debido al tamaño de los individuos y la separación de los árboles, así como las condiciones de estrés abiótico y biótico experimentadas a lo largo de los años por los individuos. Se ha demostrado que la aplicación al suelo o la aplicación foliar de ácido húmico produce un efecto positivo sobre el crecimiento, el rendimiento y la calidad del fruto del melocotón, la manzana y el albaricoque (44. Tarantino A, Lops F, Disciglio G, Lopriore G. Effects of plant biostimulants on fruit set, growth, yield and fruit quality attributes of ‘Orange rubis®’ apricot (Prunus armeniaca L.) cultivar in two consecutive years. Scientia Horticulturae. 2018;239:26-34. doi:10.1016/j.scienta.2018.04.055 ).

En Cuba, se han desarrollado diversos productos que han demostrado su eficiencia en la nutrición vegetal, el crecimiento y los rendimientos agrícolas, así como en la respuesta fisiológica de los cultivos. Entre los bioestimulantes cubanos, el más utilizado ha sido el FitoMas-E, que se obtiene de derivados de los desechos de la industria azucarera. Este contiene hasta 2,5 % de sacáridos y 1,5 % de lípidos, además de una fracción mineral de 6,5 % de N total, 2,7 % de P₂O₅ y 5,24 % K₂O.

Se ha documentado que el FitoMas E posee potencial para mejorar la producción y la calidad de las cosechas (55. Núñez-Chávez LC, Ramírez-Rubio AG, Fernández-Fariñas G. Efecto del Fitomas E y Enerplant en el rendimiento industrial de la caña de azúcar (Saccharum spp.) de la variedad CU 86-12. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2019;3(1):32-47.,66. Dago-Dueñas Y, Santana-Baños S-Y, Hernández-Guanche L. Efecto de los bioestimulantes sobre la germinación y crecimiento de plántulas de Vigna Unguiculata Subsp. Sesquipedalis l. Cv. Cantón 1. Revista Científica Agroecosistemas. 2021;9(1):11-7.), así como su efecto en la germinación de las semillas de caimito (77. Trocones-Boggiano AG, Delgado-Fernández LA. Efecto del FitoMas-E sobre la germinación de semillas y calidad de plantas de Chrysophyllum cainito L. (caimito) en condiciones de vivero. Revista Cubana de Ciencias Forestales. 2020;8(1):104-21.).Se demostró que es un producto que puede aplicarse conjuntamente con otros productos biológicos, como los microorganismos eficientes en frijol (88. Calero-Hurtado A, Quintero-Rodríguez E, Pérez-Díaz Y, Olivera-Viciedo D, Peña-Calzada K, Jiménez-Hernãndez J. Efecto entre microorganismos eficientes y FitoMas-e en el incremento agroproductivo del frijol. Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial. 2019;17(1):25-33. doi:10.18684/bsaa.v17n1.1201 ) y Bayfolan en girasol (99. Lorenzo JLM, Pita ALD, Hernández AV. Efectos de dos biofertilizantes en el desarrollo del girasol. Revista de Ciências Agrárias. 2018;41(4):933-44. doi:10.19084/RCA17256 ). En pimiento, se incrementó la eficiencia en la producción de masa seca al aplicar microorganismos eficientes, FitoMas-E y Biobras-16 (1010. García-Pérez EA, García-González MT. Efecto de cuatro bioestimulantes foliares en la fisiología y los rendimientos del pimiento (capsicum annuum). InfoCiencia. 2019;23(1):59-70.).

Para el cafeto, investigaciones realizadas en Brasil mostraron el efecto positivo del bioestimulante Stimulate, así como la dependencia de la respuesta según las variedades estudiadas (1111. Costa-Ferreira B, Ferreira de-Lima S, Aparecida-Simon C, de Oliveira-Andrade MG, Ávila J de, Félix-Alvarez R de C. Effect of biostimulant and micronutrient on emergence, growth and quality of arabica coffee seedlings. 2018;13(3):324-32. doi:10.25186/cs.v13i3.1450 ). Se demostró, asimismo, su eficiencia en la fase de vivero (1212. Díaz-Medina A, Suárez-Pérez C, Díaz-Milanes D, López-Pérez Y, Morera-Barreto Y, López J. Influencia del bioestimulante FitoMas-E sobre la producción de posturas de cafeto (Coffea arabica L.). Centro Agrícola. 2016;43(4):29-35.-1414. Viñals-Núñez R, Bustamante-González CA, Ramos-Hernández R, Sánchez-Durán O, Moran-Rodríguez N, Ferrás-Negrín Y. Empleo de bioproductos en la producción de posturas de Coffea arabica L. Café Cacao. 2017;16(1):35-43.). La aplicación de 1 L ha^-1 de FitoMas-E incrementó la biomasa seca y el área foliar de las posturas y, la inoculación de micorriza, conjuntamente con el bioproducto, redujo hasta un 25 % la cantidad del fertilizante mineral a aplicar, con resultados superiores a la aplicación del 100 % del mismo (1515. Barroso Frómeta L, Abad Michel M, Rodríguez Hernández P, Jerez Mompié E. Aplicación de FitoMas-E y EcoMic® para la reducción del consumo de fertilizante mineral en la producción de posturas de cafeto. Cultivos Tropicales. 2015;36(4):158-67.). En suelo Ferralítico rojo lixiviado, el FitoMas incrementó su eficiencia, en la medida que se aumentaron las dosis y con la dosis de 6 ml L^-1 disminuyeron los niveles de abono orgánico en el sustrato, sin afectar la calidad de las plántulas de cafeto (1616. Díaz Medina A, López Pérez Y, Suárez Pérez C, Díaz Suárez L, Díaz Medina A, López Pérez Y, et al. Efecto del FitoMas-E y dos proporciones de materia orgánica sobre el crecimiento de plántulas de cafeto en vivero. Centro Agrícola. 2021;48(1):14-22.).

La información disponible sobre el uso de los bioestimulantes en la fase productiva del cafeto, a nivel mundial es escasa y contradictoria, ya que existen resultados sin respuesta a los mismos y en otros con respuesta positiva, situación que la relacionan con la diversidad de productos, las propiedades de cada suelo, los métodos de aplicación de los productos y los manejos adoptados por los productores (1717. Diaz A, Bustamante-Gonzalez C, Alonso GM, Espinosa RR. Efecto de la fertilización nitrogenada en el cafeto conilon sobre el rendimiento y algunos indicadores de calidad de suelos Cambisoles de Cuba. Holos Environment. 2014;14(1):49-61. doi:10.14295/holos.v14i1.8043 ). En la caficultura cubana se ha demostrado el efecto positivo de la fertilización inorgánica en el incremento de los rendimientos de Coffea canephora (1818. Silva MH. Uso de bioestimulante no desenvolvimento do cafeeiro [Internet]. [Centro Universitário do Cerrado Patrocínio]: Facultade de Tecnologia em Cafeicultura; 2018. 33 p. Available from: https://www.unicerp.edu.br/public/docs/e7161a5a99a5-81ad.pdf ), sin embargo, los altos precios de estos insumos han ocasionado la búsqueda de alternativas nacionales para tratar de alcanzar y mantener los niveles productivos de las plantaciones. No se dispone de información sobre su uso en la fase productiva y, por esta razón, se realizó la investigación con el objetivo de conocer el efecto del FitoMas-E en el rendimiento de Coffea canephora Pierre ex Froehner y su posible uso como complemento a la fertilización mineral de esta especie.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo fue realizado en el periodo octubre 2013 a marzo 2017, en áreas de la Estación Experimental Agroforestal de Tercer Frente, situada a 150 m s.n.m, en la provincia Santiago de Cuba. La precipitación en el periodo experimental fue de 1707 mm en 2014, 1240 mm en 2015 y 2119 mm en 2016, mientras que la temperatura media en esos mismos años fue de 27,6 ^oC en los años 2014 y 2015 y 27,1 ^oC en el año 2016.

El cafeto se cultivó en un suelo Pardo mullido (1919. Hernández JA, Pérez JJM, Bosch ID, Castro SN. Clasificación de los suelos de Cuba 2015. Mayabeque, Cuba: Ediciones INCA. 2015;93:91.), con 4,24 % de materia orgánica, pH en agua de 4,6; 153 mg P₂O₅y 101 mg de K₂O 100 g de suelo^-1 disponibles y relación Ca/Mg de 2,3 y K/∑bases de 9,05.

Se llevó a cabo el experimento bajo sombra de algarrobo (Samanea saman Merrill) y Gliricidia sepium (Jacq) Steud, en una plantación de Coffea canephora Pierre ex Froehner, establecida en mayo de 1996, a 3 m x 1,5 m y sometida a podas bajas en 2003, 2007 y 2013.

Se evaluaron los tratamientos:

Se utilizó el diseño de bloques al azar con cuatro réplicas. Cada parcela estuvo compuesta por 18 plantas, de ellas 16 de cálculo.

El FitoMas-E fue suministrado por el Instituto Cubano de Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA); para su aplicación se fraccionó en tres momentos: en la fase fenológica de floración (34 % del total), en el llenado del fruto (33 % del total) y en la cosecha (33 % del total), adecuándolas a la pluviometría de cada año (Figuras 1 y 2).

Como portadores de N, P y K se utilizaron la urea, el superfosfato sencillo y el cloruro de potasio. A partir del 2014. se comenzó a utilizar el portador 5-5-24-3 y se balancearon las dosis de nitrógeno con urea.

La fertilización mineral y la aplicación del FitoMas se fraccionaron; en dependencia de tratamiento, tomando en consideración la pluviometría de la zona en cada año (Figuras 1 y 2). El 60 % de la dosis de nitrógeno y el potasio se aplicó en la primera fertilización del año y el resto en la segunda aplicación. Todo el fertilizante fosfórico se aplicó en la primera fertilización del año.

Como variable respuesta se midió la cosecha de los cafetos. Al madurar las cerezas se tomó el peso en kg por planta de cada pasa y se sumó al finalizar la cosecha. Este valor se extrapoló a una hectárea. Al multiplicar el valor obtenido por el factor de conversión de café cereza a café oro de cada año, se obtuvo el rendimiento en toneladas de café oro por hectárea.

Para el procesamiento de la cosecha se comprobó la normalidad de los datos y la homogeneidad de varianza. Se realizó un análisis de varianza clasificación doble a los datos. En los casos en que se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos, las medias fueron comparadas por la prueba de rango múltiple de Duncan (p≤0,05).

Para el cálculo del efecto económico se utilizó el valor de la cosecha acumulada, así como el consumo total de fertilizante en los años experimentales. Se tomó el precio de 1 L de FitoMas-E en $ 3,00 MN. El precio de la dosis de fertilizante N₇₅P₅₀K₈₀ en $ 94,92 MN y el del café robusta a $ 800,00 MN la tonelada. Para la manipulación, la aplicación y el tapado del fertilizante de una hectárea se necesitan 8,38 jornadas, pero como se fraccionó el fertilizante en dos oportunidades se estimaron 16,77 jornadas. Para la aplicación del FitoMas-E en 1,0 ha, la norma de la carta tecnológica es 1,56 jornadas. La tasa salarial se estimó en $ 14,48 MN por jornada.

Se consideraron los siguientes indicadores:

RESULTADOS

La aplicación del FitoMas-E tuvo un efecto estimulante en el rendimiento anual y acumulado del cafeto. Se encontraron diferencias significativas entre los años y entre los tratamientos en todos los años experimentales (Tabla 1).

El primer año luego de la poda baja (2014) se caracterizó por el menor nivel productivo, lo que pudo estar ocasionado por ser la primera cosecha del ciclo productivo. Este rendimiento representó el 75 % del obtenido en el 2015 (año de mayor rendimiento).

Los niveles productivos de los dos años posteriores (2015 y 2016) fueron superiores al 2014, con diferencias significativas entre ellos. Este comportamiento reafirma la investigación (2020. Bustamante-González C, Pérez-Díaz A, Rivera-Espinosa R, Martín-Alonso GM, Viñals-Nuñez R. Influencia de las precipitaciones en el rendimiento de Coffea canephora Pierre ex Froehner cultivado en suelos Pardos de la región oriental de Cuba. Cultivos Tropicales. 2015;36(4):21-7.) que concluyó que, en esta localidad, con precipitaciones entre 1 400 y 1 600 mm no se obtuvieron más de 1,30 t ha^-1de café oro año^-1.

En el 2015, el testigo (fertilización mineral) fue significativamente superior (p≤0,05); el resto de los tratamientos, con rendimientos que reflejan el potencial productivo de esta zona y que pudiera estar asociado a la alta pluviometría del año anterior (Figura 1) y su mejor distribución (Figura 2). En este año, el tratamiento con 25 % de la formula completa + FitoMas-E representó el 89 % del rendimiento máximo alcanzado y resultó estadísticamente superior a los tratamientos que recibieron el 50 y 75 % de la fórmula completa.

En el 2016, los cafetos que solo recibieron el FitoMas-E alcanzaron los niveles productivos superiores y fueron significativamente similares al tratamiento en que se aplicó la fertilización mineral al 50 %. El resto de los tratamientos, incluso la fertilización mineral, resultaron similares estadísticamente entre sí e inferiores a los dos anteriormente mencionados (p≤0,5).

El rendimiento acumulado de los cafetos que recibieron 1 L ha^-1 de FitoMas-E, resultó superior estadísticamente (p≤0,5) al resto de los tratamientos, incluyendo el de la fertilización mineral (en 14 %). Los tratamientos que recibieron la fertilización mineral al 25 % y el 50 % resultaron similares entre sí y superiores al tratamiento que recibió el 75 % de la misma (Tabla 1). Este resultado debe estar relacionado con el efecto de la baja producción de este último tratamiento en el año inicial, así como al proceso de alternancia de la producción característico de este cultivo. Se ha encontrado una productividad más alta al cultivar el cafeto de forma convencional en comparación con el cultivo orgánico, pero ese tratamiento tuvo el rendimiento bienal más alto (2121. Schnabel F, de Melo Virginio Filho E, Xu S, Fisk ID, Roupsard O, Haggar J. Shade trees: a determinant to the relative success of organic versus conventional coffee production. Agroforestry Systems. 2018;92(6):1535-49. doi:10.1007/s10457-017-0100-y ).

Similar efecto de sustitución de la fertilización mineral por la aplicación del FitoMas fue encontrada en caña, donde las variantes tratadas con el bioproducto sustituyeron el 50 % de la recomendación de fertilizante mineral, mientras que en el maíz los rendimientos alcanzados con FitoMas-E superaron ampliamente los alcanzados con la variante fertilizada con fórmula completa y en la cebolla el FitoMas-E a 2 L ha^-1 produjo resultados superiores a los que se lograron con fertilizantes químicos (2222. Villar-Delgado J, Montano-Martínez R, García-Martínez T, García-González D, Zuaznábar-Zuaznábar R. Efectos del bionutriente FITOMAS-E con y sin fertilización convencional. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar. 2011;45(3):24-9.).

Como conclusión del experimento, se puede afirmar que la aplicación del FitoMas-E a Coffea canephora en los tres primeros años, después de la poda baja en un suelo Pardo, con una alta fertilidad, constituye una alternativa que proporciona producciones altas y estables de esta especie.

El análisis económico (Tabla 2) reafirmó los resultados experimentales del campo, al encontrarse que la aplicación del FitoMas-E en la dosis de 1 L ha^-1 propició la mayor ganancia, el mayor beneficio y una relación beneficio/costo muy notable, ocasionado por su mayor nivel productivo, menor costo del producto y menores costos de aplicación.

Este resultado posee un gran valor práctico, pues representa una alternativa nacional ante el alto valor de los fertilizantes minerales en el mercado mundial y responde a la estrategia del país de sustituir importaciones. Por otro lado, la aplicación del bioproducto propiciaría la disminución del impacto ambiental que pudiera tener la aplicación de dosis de fertilizantes minerales superiores a los requerimientos del cultivo.

DISCUSIÓN

Son diversos los factores que inciden en la respuesta productiva de Coffea canephora al FitoMas-E. Uno de ellos puede ser su utilización en momentos de estrés del cafeto, ya que las aplicaciones se realizaron en la época donde ocurre el déficit hídrico, en prefloración y floración, en la zona experimental, así como en la fase de formación y desarrollo de los frutos (Figura 1), lo que conjuntamente con el fertilizante mineral, puede haber contribuido a la sincronía del suministro de nutrientes con las exigencias del cultivo. La fase fenológica de la planta es importante considerarla para el efecto bioestimulante y para el mango (2323. da Silva MA, Cavalcante ÍHL, Mudo LED, de Paiva Neto VB, Amariz RA, da Cunha JG. Biostimulant alleviates abiotic stress of mango grown in semiarid environment. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. 2020;24(7):457-64. doi:10.1590/1807-1929/agriambi.v24n7p457-464 ), la aplicación del bioproducto en el tiempo inicial del proceso de formación de los estímulos florales, favorece el mayor tiempo de acción del producto en las ramas y, en consecuencia, una mayor inducción del estímulo floral.

Los bioestimulantes cuando se aplican a las plantas tienen efectos fisiológicos similares a los de los fitonutrientes y actúan en la promoción, modificación o inhibición de procesos fisiológicos (2424. du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae. 2015;196:3-14. doi:10.1016/j.scienta.2015.09.021 ). Este efecto, probablemente, depende de la acción combinada de sus componentes y del efecto sinérgico entre ellos (2525. Yakhin OI, Lubyanov AA, Yakhin IA, Brown PH. Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2017 [cited 13/12/2021];7. doi:10.3389/fpls.2016.02049 ).

El efecto beneficioso del FitoMas-E puede relacionarse, además, con la presencia en su composición química de sustancias promotoras del crecimiento vegetal como: aminoácidos, proteínas, péptidos, carbohidratos, macroelementos (N, P, K, Ca), que pudieran incidir, tanto en el sistema foliar, como en el mejoramiento de la fertilidad del suelo (2626. Montano R, Zuaznabar R, García A, Viñals M, Villar J. Fitomas E: Bionutriente derivado de la industria azucarera. ICIDCA. Sobre los derivados de la caña de azúcar. 2007;41(3):14-21.). Para el cultivo del mango se fundamenta que los aminoácidos contenidos en el bioestimulantes actúan como precursores y sustancias de señalización, lo que puede ser un factor decisivo para el alivio del estrés, durante la fase de maduración de los brotes (2323. da Silva MA, Cavalcante ÍHL, Mudo LED, de Paiva Neto VB, Amariz RA, da Cunha JG. Biostimulant alleviates abiotic stress of mango grown in semiarid environment. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. 2020;24(7):457-64. doi:10.1590/1807-1929/agriambi.v24n7p457-464 ). En condiciones adversas de crecimiento, como el estrés hídrico, las plantas activan mecanismos de protección como la biosíntesis de prolina, ya que este aminoácido es sensible a las adversidades ambientales

Otro factor favorable puede haber sido el fraccionamiento de ambos productos, lo que permite una distribución más espaciada en el tiempo. Con la utilización del FitoMas-E y la fertilización mineral, los cafetos recibieron entre cuatro y cinco aplicaciones en el año, el doble o más, de lo que habitualmente se realiza por la tecnología vigente en el país (2727. Díaz W, Caro P, Bustamante C, Sánchez C, Rodríguez M, Vázquez E, et al. Instructivo técnico Café Robusta. 2013;71.), hecho que indudablemente, aumenta la eficiencia de utilización del fertilizante mineral y del bioestimulante.

El efecto positivo de la aplicación del FitoMas-E también pudiera estar asociado, directamente, a sus contenidos de nutrientes, porque a pesar de que los bioestimulantes se aplican a bajas dosis, se ha demostrado que su uso aumenta la absorción de nutrientes del suelo o sustrato y la eficiencia de los mismos (11. Xu L, Geelen D. Developing Biostimulants From Agro-Food and Industrial By-Products. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2018 [cited 13/12/2021];9. doi:10.3389/fpls.2018.01567 ) e incrementan las variables de crecimiento de las posturas (1414. Viñals-Núñez R, Bustamante-González CA, Ramos-Hernández R, Sánchez-Durán O, Moran-Rodríguez N, Ferrás-Negrín Y. Empleo de bioproductos en la producción de posturas de Coffea arabica L. Café Cacao. 2017;16(1):35-43.).

La alta eficiencia del nitrógeno en la fertilización foliar está correlacionada directamente con la velocidad de absorción del nutriente que, en cultivos perennes como el café y el cacao, varían de una a seis horas para ser absorbido el 50% del producto aplicado (2828. Abanto-Rodríguez C, Mori GMS, Panduro MHP, Castro EVV, Dávila EJP, Oliveira EM de. Uso de biofertilizantes en el desarrollo vegetativo y productivo de plantas de camu-camu en Ucayali, Perú. Revista Ceres. 2019;66(2):108-16. doi:10.1590/0034-737X201966020005 ). Otras investigaciones explican que el incremento de la absorción de los nutrientes, por efecto de los bioestimulantes, se atribuye a alguno de los siguientes factores: el incremento de la actividad biológica y enzimática de los suelos; la afectación de la estructura de las raíces o el cambio en la solubilidad o el transporte de los micronutrientes (2929. Pylak M, Oszust K, Frąc M. Review report on the role of bioproducts, biopreparations, biostimulants and microbial inoculants in organic production of fruit. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2019;18(3):597-616. doi:10.1007/s11157-019-09500-5 ).

La diversidad de posibles factores que pueden explicar la respuesta productiva del cafeto a la aplicación del FitoMas-E, implica la realización de otras investigaciones que posibiliten establecer la importancia de los factores implicados.

CONCLUSIONES

INTRODUCTION

The use of bioproducts in agriculture is an alternative to achieve ecologically sustainable development; they do not pollute the environment and contribute to the conservation of soil fertility and agroecosystem biodiversity.

Biostimulants were initially used in organic production, but nowadays their use in conventional production has increased due to economic and sustainability imperatives. The market for these products is growing annually and in 2018 reached $2.24 million (11. Xu L, Geelen D. Developing Biostimulants From Agro-Food and Industrial By-Products. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2018 [cited 13/12/2021];9. doi:10.3389/fpls.2018.01567 ).

Agricultural biostimulants can increase flowering, growth, productivity, and nutrient use efficiency (22. Puglia D, Pezzolla D, Gigliotti G, Torre L, Bartucca ML, Del Buono D. The Opportunity of Valorizing Agricultural Waste, Through Its Conversion into Biostimulants, Biofertilizers, and Biopolymers. Sustainability. 2021;13(5):2710. doi:10.3390/su13052710 ) and tolerance to abiotic stresses related perhaps to significant increases in proline and soluble sugars (33. Ngoroyemoto N, Gupta S, Kulkarni MG, Finnie JF, Van Staden J. Effect of organic biostimulants on the growth and biochemical composition of Amaranthus hybridus L. South African Journal of Botany. 2019;124:87-93. doi:10.1016/j.sajb.2019.03.040 ). For fruit trees, information is probably limited, since trials with fruit trees have as disadvantages the long period of promotion, the need for a large experimental area, due to the size of the individuals and the separation of trees, and the abiotic and biotic stress conditions experienced over the years by the individuals. It has been shown that soil application or foliar application of humic acid produces a positive effect on growth, yield and fruit quality of peach, apple and apricot (44. Tarantino A, Lops F, Disciglio G, Lopriore G. Effects of plant biostimulants on fruit set, growth, yield and fruit quality attributes of ‘Orange rubis®’ apricot (Prunus armeniaca L.) cultivar in two consecutive years. Scientia Horticulturae. 2018;239:26-34. doi:10.1016/j.scienta.2018.04.055 ).

In Cuba, several products have been developed that have demonstrated their efficiency in plant nutrition, growth and agricultural yields, and crop physiology. Among Cuban biostimulants, the most widely used has been FitoMas-E, which is obtained from derivatives of sugar industry wastes. It contains up to 2.5 % saccharides and 1.5 % lipids, in addition to a mineral fraction of 6.5 % total N, 2.7 % P₂O₅ and 5.24 % K₂O.

It has been documented that FitoMas E has the potential to improve the production and quality of crops (55. Núñez-Chávez LC, Ramírez-Rubio AG, Fernández-Fariñas G. Efecto del Fitomas E y Enerplant en el rendimiento industrial de la caña de azúcar (Saccharum spp.) de la variedad CU 86-12. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2019;3(1):32-47.,66. Dago-Dueñas Y, Santana-Baños S-Y, Hernández-Guanche L. Efecto de los bioestimulantes sobre la germinación y crecimiento de plántulas de Vigna Unguiculata Subsp. Sesquipedalis l. Cv. Cantón 1. Revista Científica Agroecosistemas. 2021;9(1):11-7.), as well as its effect on the germination of star apple seeds (77. Trocones-Boggiano AG, Delgado-Fernández LA. Efecto del FitoMas-E sobre la germinación de semillas y calidad de plantas de Chrysophyllum cainito L. (caimito) en condiciones de vivero. Revista Cubana de Ciencias Forestales. 2020;8(1):104-21.). It was demonstrated that it is a product that can be applied jointly with other biological products, such as efficient microorganisms in beans (88. Calero-Hurtado A, Quintero-Rodríguez E, Pérez-Díaz Y, Olivera-Viciedo D, Peña-Calzada K, Jiménez-Hernãndez J. Efecto entre microorganismos eficientes y FitoMas-e en el incremento agroproductivo del frijol. Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial. 2019;17(1):25-33. doi:10.18684/bsaa.v17n1.1201 ), Bayfolan in sunflower (99. Lorenzo JLM, Pita ALD, Hernández AV. Efectos de dos biofertilizantes en el desarrollo del girasol. Revista de Ciências Agrárias. 2018;41(4):933-44. doi:10.19084/RCA17256 ). In bell pepper, efficiency in dry mass production was increased by applying efficient microorganisms, FitoMas-E and Biobras-16 (1010. García-Pérez EA, García-González MT. Efecto de cuatro bioestimulantes foliares en la fisiología y los rendimientos del pimiento (capsicum annuum). InfoCiencia. 2019;23(1):59-70.).

For coffee plants, research conducted in Brazil showed the positive effect of the biostimulant Stimulate, as well as the dependence of this response on the varieties studied (1111. Costa-Ferreira B, Ferreira de-Lima S, Aparecida-Simon C, de Oliveira-Andrade MG, Ávila J de, Félix-Alvarez R de C. Effect of biostimulant and micronutrient on emergence, growth and quality of arabica coffee seedlings. 2018;13(3):324-32. doi:10.25186/cs.v13i3.1450 ). Its efficiency in the nursery phase was also demonstrated (1212. Díaz-Medina A, Suárez-Pérez C, Díaz-Milanes D, López-Pérez Y, Morera-Barreto Y, López J. Influencia del bioestimulante FitoMas-E sobre la producción de posturas de cafeto (Coffea arabica L.). Centro Agrícola. 2016;43(4):29-35.-1414. Viñals-Núñez R, Bustamante-González CA, Ramos-Hernández R, Sánchez-Durán O, Moran-Rodríguez N, Ferrás-Negrín Y. Empleo de bioproductos en la producción de posturas de Coffea arabica L. Café Cacao. 2017;16(1):35-43.). The application of 1 L ha^-1 FitoMas-E increased the dry biomass and leaf area of the seedlings and the inoculation of mycorrhizae, together with the bioproduct, reduced up to 25 % the mineral fertilizer with results superior to the application of 100 % of the same (1515. Barroso Frómeta L, Abad Michel M, Rodríguez Hernández P, Jerez Mompié E. Aplicación de FitoMas-E y EcoMic® para la reducción del consumo de fertilizante mineral en la producción de posturas de cafeto. Cultivos Tropicales. 2015;36(4):158-67.). In red Ferrallitic leached soil, FitoMas increased its efficiency, to the extent that the doses were increased and that with the dose of 6 ml L^-1 the levels of organic fertilizer in the substrate decreased, without affecting the quality of the coffee seedlings (1616. Díaz Medina A, López Pérez Y, Suárez Pérez C, Díaz Suárez L, Díaz Medina A, López Pérez Y, et al. Efecto del FitoMas-E y dos proporciones de materia orgánica sobre el crecimiento de plántulas de cafeto en vivero. Centro Agrícola. 2021;48(1):14-22.).

The available information on the use of biostimulants in the productive phase of coffee plants, worldwide is scarce and contradictory. There are results without response to them and in others with positive response, a situation that is related to the diversity of products, to the properties of each soil, the methods of application of the products and the management adopted by the producers (1717. Diaz A, Bustamante-Gonzalez C, Alonso GM, Espinosa RR. Efecto de la fertilización nitrogenada en el cafeto conilon sobre el rendimiento y algunos indicadores de calidad de suelos Cambisoles de Cuba. Holos Environment. 2014;14(1):49-61. doi:10.14295/holos.v14i1.8043 ). In Cuban coffee growing, it has been demonstrated the positive effect of inorganic fertilization in the increase of Coffea canephora yields (1818. Silva MH. Uso de bioestimulante no desenvolvimento do cafeeiro [Internet]. [Centro Universitário do Cerrado Patrocínio]: Facultade de Tecnologia em Cafeicultura; 2018. 33 p. Available from: https://www.unicerp.edu.br/public/docs/e7161a5a99a5-81ad.pdf ). The high prices of these inputs have caused the search for national alternatives to try to reach and maintain the productive levels of the plantations; however, there is no information available on their use. However, there is no information available on their use in the productive phase. For this reason, the research was carried out with the objective of determining the effect of FitoMas-E on the yield of Coffea canephora Pierre ex Froehner and its possible use as a complement to the mineral fertilization of this species.

MATERIALS AND METHODS

The work was carried out in the period October 2013 to March 2017, in areas of the Tercer Frente Agroforestry Experimental Station, located at 150 m a.s.l in Santiago de Cuba province. Precipitation in the experimental period was 1707 mm in 2014, 1240 mm in 2015 and 2119 mm in 2016, while the average temperature in those same years was 27.6 ºC in 2014 and 2015 and 27.1 ºC in 2016.

The coffee plant was grown in a Brown mellow soil (1919. Hernández JA, Pérez JJM, Bosch ID, Castro SN. Clasificación de los suelos de Cuba 2015. Mayabeque, Cuba: Ediciones INCA. 2015;93:91.) with 4.24 % organic matter, pH in water of 4.6; 153 mg P₂O₅ and 101 mg K₂O 100 g soil^-1) available and Ca/Mg ratio of 2.3 and K/∑bases of 9.05.

The experiment was set up under carob (Samanea saman Merrill) and Gliricidia sepium (Jacq) Steud shade, in a plantation of Coffea canephora Pierre ex Froehner, established in May 1996 at 3m x 1.5 m subjected to low pruning in 2003, 2007 and 2013.

Treatments evaluated were:

A randomized block design with four replications was used. Each plot consisted of 18 plants, 16 of which were computational.

FitoMas-E was supplied by the Cuban Institute of Sugarcane Derivatives (ICIDCA) and for its application it was fractioned in three moments, in the phenological phases of flowering (34 % of the total) and fruit filling (33 % of the total) and harvest (33 % of the total), adapting them to the pluviometry of each year (Figures 1 and 2).

Urea, simple superphosphate and potassium chloride were used as carriers. Starting in 2014, the carrier 5-5-24-3 was started to be used and nitrogen doses were balanced with urea.

Mineral fertilization and the application of FitoMas in dependence on treatment were fractioned taking into consideration the pluviometry of the area in each year (Figures 1 and 2). Sixty percent of the nitrogen and potassium doses were applied in the first fertilization of the year and the rest in the second application. All the phosphoric fertilizer was applied in the first fertilization of the year.

The harvest of coffee plants was measured as a response variable. When the cherries matured, the weight in kg per plant of each raisin was taken and was summed at the end of the harvest. This value was extrapolated to one hectare. By multiplying the value obtained by the conversion factor from cherry coffee to gold coffee for each year, the yield in tons of gold coffee per hectare was obtained.

For the processing of the harvest, the normality of the data and the homogeneity of variance were checked. A double classification analysis of variance was performed on the data. Where significant differences were found between treatments, means were checked by Duncan's multiple range test (p≤0.05).

For the calculation of the economic effect, the value of the accumulated harvest was used, as well as the total fertilizer consumption in the experimental years. The price of 1 L of FitoMas-E was taken as $ 3.00 MN. The price of the N₇₅P₅₀K₈₀ fertilizer dose at $ 94.92 MN and that of Robusta coffee at $ 800.00 MN per ton. For the handling, application and capping of fertilizer on one hectare, 8.38 days are needed, but as the fertilizer was divided into two opportunities, 16.77 days were estimated. For the application of FitoMas-E on 1.0 ha, the norm of the technology chart is 1.56 days. The wage rate was estimated at $14.48 MN per day.

The following indicators were considered:

Values of the B/C ratio greater than 1 indicate a gain and a value of 2 indicates a 100 % benefit. Values of 3 or higher correspond to very significant gains.

RESULTS

The application of FitoMas-E had a stimulating effect on coffee yield. Significant differences were found between years, between treatments in all experimental years and in the accumulated harvest (Table 1).

The first year after low pruning (2014) was characterized by the lowest yield level, which may have been caused by the fact that it was the first harvest in the fourth production cycle. This yield represented 75 % of the yield obtained in 2015 (year of highest yield).

Productive levels of the two subsequent years were higher than in 2014, with significant differences between them. This behavior reaffirms the research (2020. Bustamante-González C, Pérez-Díaz A, Rivera-Espinosa R, Martín-Alonso GM, Viñals-Nuñez R. Influencia de las precipitaciones en el rendimiento de Coffea canephora Pierre ex Froehner cultivado en suelos Pardos de la región oriental de Cuba. Cultivos Tropicales. 2015;36(4):21-7.), which concluded that in this locality with rainfall between 1 400 and 1 600 mm no more than 1.30 t ha^-1 of gold coffee year^-1 were obtained.

In 2015, the control (mineral fertilization) was significantly superior (p≤0.05) to the rest of the treatments, with a yield that reflects the productive potential of this area and could be associated with the high rainfall of the previous year (Figure 1) and its better distribution (Figure 2). In this year, the treatment with 25 % of the complete formula + FitoMas-E represented 89 % of the maximum yield achieved and was statistically superior to the treatments that received 50 and 75 % of the complete formula.

In 2016, coffee plants that only received FitoMas-E reached the highest yield levels and were significantly similar to the treatment that received 50 % mineral fertilization. The rest of the treatments, including mineral fertilization, were statistically similar to each other and inferior to the two previously mentioned (p≤0.5).

The accumulated yield of coffee plants that received 1 L ha^-1 of FitoMas-E was statistically superior (p≤0.5) to the rest of the treatments, including mineral fertilization (by 14 %). The treatments that received 25 and 50 % mineral fertilization were similar to each other and superior to the treatment that received 75 % mineral fertilization (Table 1). This result must be related to the effect of the low production of the latter treatment in the initial year as well as to the production alternation process characteristic of this crop. A higher productivity has been found when the coffee plant was cultivated conventionally compared to the organic crop, but this treatment had the highest biennial yield (2121. Schnabel F, de Melo Virginio Filho E, Xu S, Fisk ID, Roupsard O, Haggar J. Shade trees: a determinant to the relative success of organic versus conventional coffee production. Agroforestry Systems. 2018;92(6):1535-49. doi:10.1007/s10457-017-0100-y ).

A similar substitution effect of mineral fertilization by the FitoMas application was found in sugarcane, where variants treated with the bioproduct substituted 50 % of the recommended mineral fertilizer, while in corn, yields achieved with FitoMas-E greatly surpassed those achieved with the variant fertilized with complete formula. In onion, FitoMas-E at 2 L ha^-1 produced results superior to those achieved with chemical fertilizers (2222. Villar-Delgado J, Montano-Martínez R, García-Martínez T, García-González D, Zuaznábar-Zuaznábar R. Efectos del bionutriente FITOMAS-E con y sin fertilización convencional. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar. 2011;45(3):24-9.).

As a conclusion of the experiment, it can be affirmed that the application of FitoMas-E to Coffea canephora in the first three years, after low pruning in a Brown soil, with high fertility, constitutes an alternative that provides high and stable productions of this species.

The economic analysis (Table 2) reaffirmed the experimental results from the field, finding that the application of FitoMas-E at a dose of 1 L ha^-1 provided the highest profit, the greatest benefit and a very notable benefit/cost ratio, due to its higher production level, lower product cost and lower application costs.

This result has a great practical value because it represents a national alternative to the high value of mineral fertilizers in the world market and responds to the country's strategy of substituting imports. On the other hand, the application of the bioproduct would reduce the environmental impact that could result from the application of doses of mineral fertilizers higher than the requirements of the crop.

DISCUSSION

Several factors influence the productive response of Coffea canephora to FitoMas-E. One of them may be its use at times of stress in the coffee plant, since the applications were made at the time when water deficit occurs in pre-flowering and flowering in the experimental area, as well as in the fruit formation and development phase (Figure 1). The mineral fertilizer may have contributed to the synchrony of nutrients supply with the crop's requirements. The plant phenological phase is important to be considered for the biostimulant effect and for mango (2323. da Silva MA, Cavalcante ÍHL, Mudo LED, de Paiva Neto VB, Amariz RA, da Cunha JG. Biostimulant alleviates abiotic stress of mango grown in semiarid environment. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. 2020;24(7):457-64. doi:10.1590/1807-1929/agriambi.v24n7p457-464 ), the application of the bioproduct in the initial time of the process of floral stimuli formation, enhances the greater time of product action in branches and, consequently, a greater induction of the production of the floral stimulus.

Biostimulants when applied to plants have physiological effects similar to those of phytonutrients and act in the promotion, modification or inhibition of physiological processes (2424. du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae. 2015;196:3-14. doi:10.1016/j.scienta.2015.09.021 ). This effect probably depends on the combined action of their components and the synergistic effect between them (2525. Yakhin OI, Lubyanov AA, Yakhin IA, Brown PH. Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2017 [cited 13/12/2021];7. doi:10.3389/fpls.2016.02049 ).

The beneficial effect of FitoMas-E can also be related to the presence in its chemical composition of plant growth promoting substances such as amino acids, proteins, peptides, carbohydrates, macroelements (N, P, K, Ca), which could affect both the foliar system and the improvement of soil fertility (2626. Montano R, Zuaznabar R, García A, Viñals M, Villar J. Fitomas E: Bionutriente derivado de la industria azucarera. ICIDCA. Sobre los derivados de la caña de azúcar. 2007;41(3):14-21.). For mango cultivation, it is founded that the amino acids contained in biostimulants act as precursors and signaling substances, which can be a decisive factor for stress relief during the phase of bud maturation (2323. da Silva MA, Cavalcante ÍHL, Mudo LED, de Paiva Neto VB, Amariz RA, da Cunha JG. Biostimulant alleviates abiotic stress of mango grown in semiarid environment. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. 2020;24(7):457-64. doi:10.1590/1807-1929/agriambi.v24n7p457-464 ). Under adverse growth conditions, such as water stress, plants activate protective mechanisms such as proline biosynthesis, since this amino acid is sensitive to environmental adversities (2424. du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae. 2015;196:3-14. doi:10.1016/j.scienta.2015.09.021 ).

Another factor may have been the fractionation of both products, which allows a more spaced distribution in time. With the use of FitoMas-E and mineral fertilization, the coffee plants received between four and five applications during the year, double or more than what is usually done with the current technology in the country (2727. Díaz W, Caro P, Bustamante C, Sánchez C, Rodríguez M, Vázquez E, et al. Instructivo técnico Café Robusta. 2013;71.), a fact that undoubtedly increases the efficiency of use of the mineral fertilizer and the biostimulant.

The positive effect of FitoMas-E application could also be directly associated to its nutrient contents, because even though biostimulants are applied at low doses, it has been demonstrated that their use increases the absorption of nutrients from the soil or substrate and their efficiency (11. Xu L, Geelen D. Developing Biostimulants From Agro-Food and Industrial By-Products. Frontiers in Plant Science [Internet]. 2018 [cited 13/12/2021];9. doi:10.3389/fpls.2018.01567 ) and increases the growth variables of seedlings (1414. Viñals-Núñez R, Bustamante-González CA, Ramos-Hernández R, Sánchez-Durán O, Moran-Rodríguez N, Ferrás-Negrín Y. Empleo de bioproductos en la producción de posturas de Coffea arabica L. Café Cacao. 2017;16(1):35-43.).

The high efficiency of nitrogen in foliar fertilization is directly correlated with the absorption speed of the nutrient, which, in perennial crops such as coffee and cocoa, varies from one to six hours to absorb 50 % of the applied product (2828. Abanto-Rodríguez C, Mori GMS, Panduro MHP, Castro EVV, Dávila EJP, Oliveira EM de. Uso de biofertilizantes en el desarrollo vegetativo y productivo de plantas de camu-camu en Ucayali, Perú. Revista Ceres. 2019;66(2):108-16. doi:10.1590/0034-737X201966020005 ). Other investigations explain that the increase in nutrient absorption, due to the effect of biostimulants, is attributed to one of the following factors: the increase in the biological and enzymatic activity of soils; the affectation of root structure or the change in the solubility or transport of micronutrients (2929. Pylak M, Oszust K, Frąc M. Review report on the role of bioproducts, biopreparations, biostimulants and microbial inoculants in organic production of fruit. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2019;18(3):597-616. doi:10.1007/s11157-019-09500-5 ).

The diversity of possible factors that can explain the productive response of coffee plants to the application of FitoMas-E implies that further research should be carried out to establish the importance of the factors involved.

CONCLUSIONS