Este estudio evaluó los efectos de la fertilización orgánica y la aplicación de bioestimulantes en el hinojo bajo condiciones de campo en Egipto. Los rendimientos más altos se obtuvieron con 600 L ha⁻1 de té de compost combinado con Azolla o Spirulina. Este tratamiento mejoró el rendimiento y la calidad del aceite esencial de hinojo.
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Artículo de investigación
Fertilización Orgánica y Bioestimulantes Mejoran el Crecimiento, el Rendimiento y la Producción de Aceite Esencial en Hinojo (Foeniculum vulgare): Un Estudio de Campo
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Resumen
Resumen
El presente estudio se realizó durante dos temporadas consecutivas (2023/24 y 2024/25) en la Granja Experimental de la Estación de Investigación Hortícola de El-Qassassin, gobernación de Ismailia, Egipto, con el objetivo de evaluar la respuesta de las plantas de hinojo (Foeniculum vulgare Mill.) a la fertilización orgánica y a la aplicación de bioestimulantes. El experimento siguió un diseño de parcelas divididas en el que tres niveles de té de compost (360, 480 y 600 L ha⁻1) se asignaron a las parcelas principales, mientras que cinco tratamientos con bioestimulantes (testigo, extractos de Azolla, Spirulina, Nostoc y Chlorella) se distribuyeron en las subparcelas, resultando en 15 combinaciones de tratamiento. Se evaluaron parámetros de crecimiento vegetativo, componentes del rendimiento, contenido de aceite esencial (AE) y rendimiento de aceite por planta y por hectárea. Niveles más altos de té de compost, particularmente 600 L ha⁻1 (Ct3), combinados con los bioestimulantes Azolla (F2) o Spirulina (F3), produjeron consistentemente un mayor rendimiento de aceite por planta y por hectárea, alcanzando la combinación Ct3 × F3 los rendimientos máximos (55,58 kg ha⁻1 en la primera temporada y 58,85 kg ha⁻1 en la segunda temporada). El análisis de componentes principales respaldó estos hallazgos, indicando que las mejoras en el rendimiento estuvieron asociadas con aumentos coordinados en caracteres relacionados con el aceite, más que con un solo factor determinante. Estos resultados indican que la combinación de Ct3 con F2 o F3 fue el tratamiento más eficaz para mejorar el rendimiento y la calidad del aceite bajo condiciones de campo.
Introducción
El hinojo (F. vulgare Mill.) es una planta medicinal y aromática ampliamente cultivada, valorada por sus semillas y su aceite esencial, que poseen propiedades farmacológicas, antibacterianas, antiinflamatorias y antioxidantes1,2,3,4,5. La creciente demanda de productos derivados del hinojo en las industrias farmacéutica, nutracéutica y alimentaria ejerce presión sobre los sistemas de producción para aumentar el rendimiento y la calidad del aceite, al mismo tiempo que se minimiza el impacto ambiental.
El cultivo convencional de hinojo depende en gran medida de fertilizantes minerales para lograr una alta productividad. Sin embargo, el uso excesivo de insumos sintéticos se ha asociado con preocupaciones sobre la sostenibilidad a largo plazo, incluida la reducción de la actividad microbiana y la degradación del suelo5. Estos desafíos han impulsado el interés en estrategias de fertilización orgánica, particularmente en enmiendas a base de compost, que mejoran la estructura del suelo, la actividad biológica y la disponibilidad de nutrientes6.
El té de compost, un extracto acuoso aireado de compost maduro, ha surgido como un prometedor enmienda orgánica debido a su contenido de nutrientes solubles, ácidos orgánicos y microorganismos beneficiosos7. Se ha demostrado que la aplicación del té de compost mediante sistemas de riego mejora el crecimiento vegetal y la absorción de nutrientes, a la vez que reduce la dependencia de fertilizantes químicos8. Paralelamente, plantas acuáticas y microalgas como Azolla, Spirulina, Nostoc y Chlorella han atraído atención como bioestimulantes debido a sus altos niveles de aminoácidos, fitohormonas, vitaminas y minerales7,9,10. Se ha informado que la aplicación foliar de estos extractos mejora el crecimiento, la acumulación de biomasa y el rendimiento en diversos cultivos hortícolas8,11,12.
A pesar de la creciente evidencia que respalda los beneficios individuales del té de compost y los bioestimulantes, su aplicación combinada en condiciones de campo sigue siendo insuficientemente explorada, particularmente en cultivos medicinales como el hinojo. La mayoría de los estudios previos se han centrado en insumos individuales o en ambientes controlados, dejando incertidumbre sobre sus efectos interactivos en el crecimiento vegetativo, los componentes del rendimiento y la producción de aceite esencial en sistemas de cultivo comercial.
Para abordar esta brecha, el presente estudio evaluó los efectos combinados de cuatro extractos distintos de bioestimulantes y tres niveles de aplicación de té de compost sobre el crecimiento, rendimiento y producción de aceite esencial del hinojo en condiciones de campo abierto con riego por goteo. Este estudio proporciona un enfoque claramente definido basado en campo para integrar el té de compost aplicado al suelo con bioestimulantes foliares, y ofrece perspectivas sobre estrategias sostenibles de manejo nutricional aplicables a regiones áridas y semiáridas.
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Protocolo
Este estudio involucró únicamente materiales vegetales y no incluyó experimentos con seres humanos ni animales. Por lo tanto, no se requirió aprobación ética. Las herramientas de investigación utilizadas en este protocolo se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Sitio experimental
El experimento se realizó durante las temporadas 2023/24 y 2024/25 en la Granja Experimental de la Estación de Investigación Hortícola de El-Qassassin, gobernación de Ismailia, Egipto (30°53′ N, 31°56′ E), con el fin de evaluar la respuesta de las plantas de hinojo (F. vulgare Mill.) a la fertilización orgánica y a las aplicaciones de bioestimulantes. Las condiciones climáticas durante el período de crecimiento (noviembre–abril) fueron registradas por la Estación Meteorológica de Ismailia. Las temperaturas medias mínimas y máximas del aire oscilaron entre 12–18 °C y 22–30 °C, respectivamente, mientras que la humedad relativa varió entre 50%–65%. No se registraron eventos climáticos extremos durante los períodos experimentales (Figura 1).
Figura 1: Representación esquemática del diseño experimental en parcelas divididas que muestra los niveles de té de compost asignados a las parcelas principales y los tratamientos con bioestimulantes distribuidos en las subparcelas a lo largo de tres repeticiones. Ct.1, Ct.2 y Ct.3 representan 360, 480 y 600 litros por hectárea (ha) aplicados al suelo, mientras que F.1, F.2, F.3, F.4 y F.5 representan pulverización foliar con 2 cm³/L de agua para cada uno de los extractos Control, Azolla, Spirulina, Nostoc y Chlorella, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Material vegetal
Las semillas de hinojo se obtuvieron del Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, Centro de Investigación Agrícola, Dokki, Giza, Egipto. Las semillas se sembraron en camas de vivero durante la primera semana de noviembre, y las plántulas se aclarearon posteriormente a una planta por mata después del establecimiento.
3. Muestreo y análisis de suelo
Antes de la preparación del suelo, se recolectaron muestras compuestas de suelo (profundidad de 0–30 cm), se secaron al aire, se tamizaron mediante un tamiz de 2 mm y se analizaron sus propiedades físicas y químicas utilizando protocolos estándar13,14 (Tabla 1).
| Distribución del tamaño de partículas (%) | Clase textural | *M.O. (%) | |||||||
| Arena gruesa | Arena fina | Limo | Arcilla | Arenoso | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | CE dS/m | PS % | Cationes (meq/l) | Aniones (meq/l) | |||||
| Ca++ | Mg++ | Na+ | K+ | HCO3- | Cl- | SO4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *M.O.(%): materia orgánica | |||||||||
Tabla 1: Propiedades físicas y químicas del suelo experimental. Las características incluyen distribución del tamaño de partículas, clase textural, contenido de materia orgánica, pH, conductividad eléctrica, porcentaje de saturación, y cationes y aniones principales.
4. Configuración experimental
El experimento siguió un diseño de bloques completos al azar en parcelas divididas con tres repeticiones. Los niveles de té de compost se asignaron a las parcelas principales y los tratamientos con bioestimulantes a las subparcelas (Figura 2). Cada parcela medía 8,4 m2 y contenía 24 plantas dispuestas en tres hileras (de 4 m de longitud), con 70 cm entre hileras y 50 cm entre plantas dentro de las hileras.
Se aplicó riego por goteo utilizando emisores que suministraban 4 L h⁻1 por mata durante 1 h cada dos días. Para evitar interferencias entre tratamientos, se dejó una cresta entre parcelas sin plantar como zona de amortiguamiento.
A todas las parcelas se les aplicó 24 t ha⁻1 de compost durante la preparación del suelo, dos semanas antes de la siembra. Los fertilizantes minerales se aplicaron al 50% de la dosis recomendada (DR): 360 kg ha⁻1 de sulfato amónico (20,6 % N), 240 kg ha⁻1 de superfosfato cálcico (15,5 % P₂O₅) y 120 kg ha⁻1 de sulfato potásico (48 % K₂O). Los fertilizantes nitrogenados y potásicos se aplicaron en tres dosis iguales con intervalos de 15 días, mientras que el fertilizante fosforado se aplicó en una sola dosis basal. Durante todo el período de crecimiento se siguieron prácticas agronómicas estándar.
Figura 2: Rendimiento de aceite por hectárea (kg ha⁻¹) y su aumento relativo en comparación con el tratamiento control (T1: Ct1 × F1) durante la primera (S1) y segunda (S2) temporadas. Ct1 representa el nivel más bajo de té de compost (360 L ha⁻¹), y F1 representa el control sin aspersión. Los tratamientos se definen de la siguiente manera: T1 (Ct1 × F1), T2 (Ct1 × F2), T3 (Ct1 × F3), T4 (Ct1 × F4), T5 (Ct1 × F5), T6 (Ct2 × F1), T7 (Ct2 × F2), T8 (Ct2 × F3), T9 (Ct2 × F4), T10 (Ct2 × F5), T11 (Ct3 × F1), T12 (Ct3 × F2), T13 (Ct3 × F3), T14 (Ct3 × F4) y T15 (Ct3 × F5). Las barras de error representan los errores estándar de la media (SEM). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
5. Tratamientos con té de compost
El compost maduro de origen vegetal se extrajo bajo condiciones aeróbicas en agua dulce durante 24–48 h. El té de compost resultante presentó una conductividad eléctrica de 1,2–1,6 dS m⁻1 y un pH ligeramente alcalino (7,5–8,0). El té de compost se aplicó mediante riego por goteo a tasas de 360, 480 o 600 L ha⁻1 durante un período de 16 semanas, comenzando un mes después de la siembra.
6. Preparación y aplicación del bioestimulante
La biomasa fresca de Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum y Chlorella vulgaris se homogenizó en agua destilada en una proporción de 1:10 (p/v), se filtró y se diluyó hasta una concentración final de 2 cm3 L⁻1 (aproximadamente 1200 L ha⁻1). Los extractos se prepararon recién antes de su aplicación y se aplicaron como pulverizaciones foliares tres veces durante la temporada de crecimiento (30, 60 y 90 días después de la siembra) utilizando un pulverizador manual hasta el escurrimiento.
7. Datos registrados
Parámetros de crecimiento vegetativo
Se cosecharon seis plantas seleccionadas al azar de cada unidad experimental a los 65 días después de la siembra. Se midió la altura de la planta (cm) desde la base hasta la punta del tallo principal. Se registró el peso fresco total de la hierba (g) y el peso seco (g), determinándose el peso seco tras secar las muestras en horno a 70 °C durante 48 h hasta alcanzar peso constante. El número de ramas por planta se calculó como el promedio obtenido en las plantas muestreadas.
Extracción del aceite esencial (AE)
Se extrajo aceite esencial de 40 g de frutos cosechados mediante hidrodestilación durante 3 h, siguiendo el método descrito por Miller15. Se dejó reposar el aceite extraído sin perturbar para asegurar una separación completa16.
Determinación del contenido y rendimiento de aceite esencial
El contenido de aceite esencial (% p/p) se calculó como:
Donde:
WEO = peso del aceite esencial extraído (g)
Wmuestra = peso seco de la muestra de planta sometida a hidrodestilación (g)
El rendimiento de aceite esencial por planta se calculó como:
Donde:
DWplant = peso seco de la planta entera por planta (g)
EO content = porcentaje de aceite esencial en base al peso seco (% p/p)
Nota: Se asumió que la densidad del aceite esencial era aproximadamente 1 g cm⁻3, lo que permitió la conversión de gramos a centímetros cúbicos.
El rendimiento de aceite esencial por hectárea se calculó como:
Donde:
rendimiento de EOpor planta - 1 = rendimiento de aceite esencial por planta (cm3)
Nplantas = número de plantas por hectárea
1000 = factor de conversión de cm3 a L
Nota: Todos los cálculos de rendimiento de aceite se basaron en materia seca para evitar la variabilidad asociada con el contenido de humedad de la planta.
Atributo de rendimiento
El número de umbelas por planta se registró en la etapa de maduración del fruto contando todas las umbelas en cada planta.
8. Análisis estadístico
Para cada rasgo y temporada, las observaciones a nivel de réplica se probaron para normalidad utilizando la prueba de Shapiro-Wilk. Como no se observaron desviaciones significativas respecto a la normalidad (p > 0,05), se aplicó un análisis paramétrico. Los datos se analizaron mediante un análisis de varianza (ANOVA) para un diseño de parcelas divididas con Statistix 8.1 (Analytical Software, 2008), y las medias de los tratamientos se compararon utilizando la prueba de diferencia mínima significativa (LSD)17.
Se realizó un análisis de componentes principales (PCA) como herramienta multivariada para resumir las relaciones entre los caracteres medidos. Se utilizaron los valores propios para determinar la contribución relativa de cada componente, y se empleó la visualización mediante biplot para comparar tratamientos y asociaciones entre caracteres18.
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Resultados
Las pruebas de Shapiro-Wilk indicaron que las distribuciones de todas las variables medidas no se desviaron significativamente de la normalidad en ninguna de las dos temporadas (p > 0,05). El análisis de varianza reveló que la interacción entre el nivel de té de compost (Ct) y el tratamiento con bioestimulante foliar (F) afectó significativamente las características del crecimiento vegetativo, el número de umbelas y las características relacionadas con el aceite (porcentaje de aceite, rendimiento de aceite por planta ...
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Discusión
El presente estudio demuestra que el aumento de los niveles de té de compost mejoró significativamente el crecimiento del hinojo, sus características reproductivas y la productividad de aceites esenciales durante dos temporadas de cultivo, especialmente cuando se combinó con biostimulantes foliares específicos.
Niveles más altos de té de compost (Ct3) aumentaron el número de umbelas y el rendimiento de aceite, lo cual es consistente con hallazgos previos de que los enmiendas líquidas orgánicas...
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Divulgaciones
Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer a la Dirección de Estudios de Posgrado e Investigación Científica de la Universidad de Taif por financiar este trabajo.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Semillas de hinojo (Foeniculum vulgare Mill.) | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Semillas utilizadas para el experimento de campo |
| Compost vegetal | Proveedor comercial local / fuente de la granja experimental | N/A | Utilizado para la preparación de té de compost y como enmienda basal del suelo |
| Té de compost | Preparado según el protocolo experimental | N/A | Extracto acuoso aireado de compost maduro |
| Biomasa de Azolla caroliniana | Instituto de Investigación del Agua y del Medio Ambiente, Centro de Investigación Agrícola, Giza, Egipto | N/A | Utilizado para la preparación de extracto foliar |
| Biomasa de Spirulina platensis | Instituto de Investigación del Agua y del Medio Ambiente, Centro de Investigación Agrícola, Giza, Egipto | N/A | Utilizado para la preparación de extracto foliar |
| Biomasa de Nostoc muscorum | Instituto de Investigación del Agua y del Medio Ambiente, Centro de Investigación Agrícola, Giza, Egipto | N/A | Utilizado para la preparación de extracto foliar |
| Biomasa de Chlorella vulgaris | Instituto de Investigación del Agua y del Medio Ambiente, Centro de Investigación Agrícola, Giza, Egipto | N/A | Utilizado para la preparación de extracto foliar |
| Agua destilada | Instituto de Investigación del Agua y del Medio Ambiente, Centro de Investigación Agrícola, Giza, Egipto | N/A | Utilizada para la preparación de extractos |
| Sulfato de amonio (20,6 % N) | Ministerio de Agricultura y Recuperación de Tierras, Egipto | N/A | Fuente de fertilizante mineral |
| Superfosfato cálcico (15,5 % P2O5) | Ministerio de Agricultura y Recuperación de Tierras, Egipto | N/A | Fuente de fertilizante mineral |
| Sulfato de potasio (48 % K2O) | Ministerio de Agricultura y Recuperación de Tierras, Egipto | N/A | Fuente de fertilizante mineral |
| Emisores de riego por goteo (4 L h-1) | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Sistema de riego |
| Espaciador manual | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Utilizado para aplicación foliar |
| Horno de secado | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Horno mantenido a 70 °C |
| Aparato de hidrodestilación | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Utilizado para la extracción de aceites esenciales |
| Balanza analítica | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Utilizada para pesar muestras |
| Tamiz de 2 mm | Departamento de Investigación de Plantas Medicinales y Aromáticas, Instituto de Investigación Horticola, ARC, Egipto | N/A | Utilizado para la preparación del suelo |
| Software Statistix 8.1 | Analytical Software | Versión 8.1 | Utilizado para ANOVA y análisis estadístico |
Referencias
- Ozbek H, et al. Hepatoprotective effect of Foeniculum vulgare. essential oil. Fitoterapia. 2003;74:317–319. https://doi.org/10.1016/S0367-326X(03)00028-5
- Choi EM, Hwang JK. Antiinflammatory, analgesic and antioxidant activities of the fruit of Foeniculum vulgare. Fitoterapia. 2004;75:557–565. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2004.05.005
- Singh G, et al. Chemical constituents, antifungal and antioxidative potential of Foeniculum vulgare. volatile oil and its acetone extract. Food Control. 2005;17:745–752. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2005.03.010
- Cioanca O, et al. Essential oils from Apiaceae as valuable resources in neurological disorders: Foeniculi vulgare aetheroleum. Ind Crops Prod. 2016;88:51–57. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.02.064
- Saleem F, et al. Phenolic bioactives and associated antioxidant and anti-hyperglycemic functions of select species of Apiaceae family targeting type 2 diabetes nutraceuticals. Ind Crops Prod. 2017;107:518–525. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.06.023
- Safaei Z, et al. The effect of foliar application of humic acid and nanofertilizer on yield and yield components of black cumin (Nigella sativa. L.). J Med Plants Byproducts. 2014;3:133–140. https://doi.org/10.22092/JMPB.2014.108725
- Radhakrishnan S, et al. Nutritional profile of Spirulina platensis, Chlorella vulgaris, and Azolla pinnata. as novel protein sources for aquaculture feed formulation. Austin J Aquac Mar Biol. 2017;2(1):1–8.
- Pérez-Madruga Y, et al. Algae as a natural alternative for crop production. Cultivos Tropicales. 2020;41(2).
- Anvar AA, Nowruzi B. Bioactive properties of Spirulina.: A review. Microb Bioact. 2021;4:134–142. https://doi.org/10.25163/microbbioacts.412117
- Thangaraj M, et al. Phytochemicals of algae (Arthospira platensis, Chlorella vulgaris, and Azolla pinnata.). GSC Biol Pharm Sci. 2022;19(2):23–43. https://doi.org/10.30574/gscbps.2022.19.2.0167
- Chatterjee A, et al. Role of algae as a biofertilizer. In: Algal Green Chemistry: Recent Progress in Biotechnology. 2017:189–200. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63784-0.00010-2
- Yanni YG, et al. Differential response of cotton growth, yield and fiber quality to foliar application of Spirulina platensis. and urea fertilizer. Asian J Adv Agric Res. 2020;12:29–40.
- Page AL, et al. Methods of Soil Analysis. Part 2: Chemical and Microbiological Properties. Madison (WI): SSSA; 1982:39–41.
- Klute A. Methods of Soil Analysis. Part 1: Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed. Madison (WI): ASA; 1986.
- Miller LC. The British Pharmacopoeia 1963. J Pharm Pharmacol. 1963;15:766–768. https://doi.org/10.1111/j.2042-7158.1963.tb12872.x
- United States Pharmacopeia (USP). United States Pharmacopeia. Convention Inc.; 1995.
- Gomez KA, Gomez AA. Statistical Procedures for Agricultural Research. New York: John Wiley & Sons; 1984.
- Pradhan AM, et al. Analysis of genetic diversity in Indian potato genotypes using principal component analysis. Electron J Plant Breed. 2015;6(3):782–786.
- Dasgan HY, et al. Biostimulants enhance the nutritional quality of soilless greenhouse tomatoes. Plants. 2024;13(18):2587. https://doi.org/10.3390/plants13182587
- Sivaprakash KR, et al. Genetic diversity of black gram (Vigna mungo.) landraces evaluated by AFLP markers. Curr Sci. 2004;86(10):1411–1416.
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