Análisis multicriterio del modelo de gestión de la Reserva Biológica Bosque Nuboso Monteverde, Puntarenas, Costa Rica

Desde sus orígenes y a través de los años, la Reserva Bosque Nuboso Monteverde se han convertido en un referente internacional en cuanto a la conservación de los recursos naturales y la biodiversidad. La reserva no solamente ha logrado la protección de más de 4200 hectáreas de Bosque Nuboso, uno de los ecosistemas más amenazados por la deforestación y el cambio climático, sino que lo ha logrado en forma participativa e inclusiva con la comunidad local e internacional. El modelo de gestión de la reserva se enfoca en los tres pilares de la sostenibilidad: ambiental, social y económico. El modelo es robusto, pero es amenazado por su fuerte dependencia a los ingresos generados por el programa de ecoturismo. El equipo de gestión del área protegida debe buscar otras fuentes de financiamiento para fortalecer la sostenibilidad económica a mediano y largo plazo

Catch crop diversity increases rhizosphere carbon input and soil microbial biomass

Catch crops increase plant species richness in crop rotations, but are most often grown as pure stands. Here, we investigate the impacts of increasing plant diversity in catch crop rotations on rhizosphere C input and microbial utilization. Mustard (Sinapis alba L.) planted as a single cultivar was compared to diversified catch crop mixtures of four (Mix4) or 12 species (Mix12). We traced the C transfer from shoots to roots towards the soil microbial community and the soil respiration in a 13C pulse labelling field experiment. Net CO2-C uptake from the atmosphere increased by two times in mix 4 and more than three times in mix 12. Higher net ecosystem C production was linked to increasing catch crop diversity and increased belowground transfer rates of recently fixed photoassimilates. The higher rhizosphere C input stimulated the growth and activity of the soil microbiome, which was investigated by phospholipid fatty acid (PLFA) analyses. Total microbial biomass increased from 14 to 22 g m−2 as compared to the fallow and was 18 and 8% higher for mix 12 and mix 4 as compared to mustard. In particular, the fungal and actinobacterial communities profited the most from the higher belowground C input and their biomass increased by 3.4 and 1.3 times as compared to the fallow. The residence time of the 13C pulse, traced in the CO2 flux from the soil environment, increased with plant diversity by up to 1.8 times. The results of this study suggest positive impacts of plant diversity on C cycling by higher atmospheric C uptake, higher transport rates towards the rhizosphere, higher microbial incorporation and prolonged residence time in the soil environment. We conclude that diversified catch crop mixtures improve the efficiency of C cycling in cropping systems and provide a promising tool for sustainable soil management

Biofertilización orgánica de almácigos de café (Coffea arabica L.) con compost producido a partir de residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor en la región de Monteverde, Costa Rica

Camacho Céspedes, F. (2019). Biofertilización orgánica de almácigos de café (Coffea arabica L.) con compost producido a partir de residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor en la región de Monteverde, Costa Rica. (Tesis de Doctorado). Instituto Tecnológico de Costa Rica; Universidad Nacional, Costa Rica; Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica. Doctor en Ciencias Naturales para el Desarrollo, con énfasis en Sistemas de Producción AgrícolasEl presente trabajo aporta evidencia empírica sobre el rendimiento y calidad de un nuevo sistema de fertilización para la producción de almácigo de café orgánico que utiliza compost elaborado con residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña (MM) y lodos digeridos de biodigestor (LDBIO). El sistema ofrece una solución confiable al problema de escasez de alternativas de fertilización efectivas y validadas científicamente para la producción de almacigo de alta calidad en la región cafetalera de Monteverde, Puntarenas, Costa Rica (600-1500 m.s.n.m). El nuevo sistema de fertilización produjo plántulas con un excelente nivel de desarrollo y calidad fitosanitaria, y presentó costos de producción menores a los del sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los cafetaleros de la región, debido a que se fundamenta en el empleo de residuos disponibles localmente, lo cual promueve un mejor manejo de los desechos en las fincas y facilita la recuperación de nutrientes escasos como el fósforo. El nuevo sistema se alinea armoniosamente con los objetivos de sostenibilidad de los productores locales, permitiéndoles tener acceso a opciones de certificación de sus cafetales desde la etapa del vivero. El sistema es congruente con los principios de la agricultura climáticamente inteligente ya que aprovecha las sinergias y beneficios que ofrece la integración de la tecnología del compostaje, el cultivo de microorganismos nativos del bosque y el aprovechamiento de los biosólidos derivados de la descontaminación anaeróbica de aguas residuales, para producir un compost de mayor calidad que ayuda a recuperar y mantener las características de fertilidad y biodiversidad del suelo, lo cual extiende el alcance del paradigma de producción sostenible en la región de Monteverde y mejora las oportunidades para intensificar sosteniblemente la productividad económica y la capacidad adaptativa de los sistemas de producción cafetaleros a los efectos de la variabilidad climática y el deterioro ambiental. La viabilidad técnica del nuevo biofertilizante está dada desde el punto de vista de la validez del diseño y el método de preparación del compost, la calidad del producto terminado y el rendimiento que ofrece sobre el crecimiento del almacigo. Desde el punto de vista de validez del diseño y la técnica de preparación, el sistema de fertilización propuesto cumplió satisfactoriamente con todos los parámetros teóricos del proceso de compostaje, incluyendo las tres etapas térmicas que aseguran la estabilidad y madurez del material terminado (mesófila uno y dos, y termófila). El tiempo de estabilización y maduración de la biomasa se mantuvo dentro del rango óptimo en menos de 150 días, y la incorporación de los microorganismos y los lodos no afectó el pH, la conductividad eléctrica, la saturación de oxígeno ni el contenido de agua durante el proceso de transformación de la materia orgánica, lo cual indica que el diseño y el método preparación fue adecuado. Desde el punto de vista de calidad, el sistema de fertilización propuesto logró alcanzar niveles adecuados de estabilidad, madurez, inocuidad, pH y conductividad eléctrica, lo cual indica que el compost producido es de óptima calidad. Estos parámetros no fueron afectados por la incorporación de microorganismos y lodos en el material compostable. Por el contrario, la integración de ambos compuestos en la mezcla produjo una mejora en la concentración de macronutrientes, así como en el contenido de materia orgánica, carbono, humedad y biomasa microbiana con respecto al compost convencional. Se determinó que el empleo combinado de ambos insumos puede provocar fitotoxicidad en cultivos herbáceos, como las cucurbitáceas, por lo que es necesario desarrollar investigaciones más específicas dirigidas a explicar las razones y el alcance de la fitotoxicidad observada. La incorporación de compost en el suelo como fertilizante optimizó los principales parámetros de fertilidad del sustrato de crecimiento incluyendo el pH, la suma de bases intercambiables, la capacidad de intercambio catiónico efectiva, el contenido de fósforo y la concentración de biomasa microbiana. También aumentó el contenido de Zn y Fe y elevó levemente la salinidad del suelo, lo cual puede tener un efecto negativo sobre el adecuado crecimiento del cultivo que necesita ser investigado a posteriori. Desde el punto de vista de rendimiento sobre el crecimiento del almacigo, el sistema de fertilización propuesto produjo plántulas que alcanzaron un desarrollo de más de un 200% del peso seco en comparación con las que no recibieron ningún tipo de fertilización, lo cual indica que el compost producido tiene un efecto positivo sobre el crecimiento de este cultivo. El nivel de desarrollo y el estado fitosanitario alcanzado fue equivalente al de las plántulas expuestas al sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los productores locales, el cual emplea una mezcla de suelo, vermicompost y abono sintético NPK (10:30:10) en el sustrato de crecimiento. El costo de producción por plántula y la relación costo beneficio bajo el sistema propuesto fueron un 10% menor al del sistema convencional intensivo. La diferencia en el costo de producción unitario representa un ahorro en el establecimiento de nuevas plantaciones de café de ¢150,800 colones por hectárea, y de ¢450,000 en fincas de 3 ha representativas de la región de Monteverde, ahorro que equivale a un 40% de los ingresos del primer año de cosecha para una finca orgánica de ese tamaño. Aunque los resultados específicos del estudio están contextualizados a las condiciones agroecológicas de la región de Monteverde, se considera que siempre y cuando se respeten las técnicas de producción empleadas, es probable que se puedan obtener resultados congruentes de desarrollo y calidad del almacigo de café en otras regiones cafetaleras con condiciones similares.The present work provides empirical evidence on the performance and quality of a new fertilization system for the production of organic coffee seedlings that uses compost made with local biomass residues, mountain microorganisms (MM) and digested biodigester sludge (LDBIO). The system offers a reliable solution to the problem of shortage of effective and scientifically validated fertilization alternatives for the production of high-quality storage in the Monteverde coffee region, Puntarenas, Costa Rica (600-1500 m.a.s.l.). The new fertilization system produced seedlings with an excellent level of development and phytosanitary quality, and presented lower production costs than the intensive conventional fertilization system used by coffee growers in the region, because it is based on the use of available residues. locally, which promotes better waste management on farms and facilitates the recovery of scarce nutrients such as phosphorus. The new system is harmoniously aligned with the sustainability objectives of local producers, allowing them to have access to certification options for their coffee plantations from the nursery stage. The system is congruent with the principles of climate-smart agriculture since it takes advantage of the synergies and benefits offered by the integration of composting technology, the cultivation of native forest microorganisms and the use of biosolids derived from the anaerobic decontamination of wastewater. , to produce a higher quality compost that helps to recover and maintain the fertility and biodiversity characteristics of the soil, which extends the scope of the sustainable production paradigm in the Monteverde region and improves opportunities to sustainably intensify economic productivity and adaptive capacity of coffee production systems to the effects of climate variability and environmental deterioration. The technical feasibility of the new biofertilizer is given from the point of view of the validity of the design and the method of compost preparation, the quality of the finished product and the performance it offers on the growth of the storehouse. From the point of view of validity of the design and preparation technique, the proposed fertilization system satisfactorily complied with all the theoretical parameters of the composting process, including the three thermal stages that ensure the stability and maturity of the finished material (mesophyll one and two, and thermophilic). The stabilization and maturation time of the biomass remained within the optimal range in less than 150 days, and the incorporation of microorganisms and sludge did not affect the pH, electrical conductivity, oxygen saturation or water content during the organic matter transformation process, which indicates that the design and preparation method was adequate. From a quality point of view, the proposed fertilization system managed to achieve adequate levels of stability, maturity, safety, pH and electrical conductivity, which indicates that the compost produced is of optimum quality. These parameters were not affected by the incorporation of microorganisms and sludge in the compostable material. On the contrary, the integration of both compounds in the mixture produced an improvement in the concentration of macronutrients, as well as in the content of organic matter, carbon, moisture and microbial biomass with respect to conventional compost. It was determined that the combined use of both inputs can cause phytotoxicity in herbaceous crops, such as cucurbits, so it is necessary to develop more specific research aimed at explaining the reasons and extent of the phytotoxicity observed. The incorporation of compost into the soil as a fertilizer optimized the main fertility parameters of the growth substrate including pH, the sum of exchangeable bases, the effective cation exchange capacity, the phosphorus content and the concentration of microbial biomass. It also increased the content of Zn and Fe and slightly raised the salinity of the soil, which may have a negative effect on the proper growth of the crop that needs to be investigated later. From the point of view of performance on the growth of the storehouse, the proposed fertilization system produced seedlings that reached a development of more than 200% of the dry weight in comparison with those that did not receive any type of fertilization, which indicates that the Produced compost has a positive effect on the growth of this crop. The level of development and the phytosanitary status reached was equivalent to that of the seedlings exposed to the intensive conventional fertilization system used by local producers, which uses a mixture of soil, vermicompost and NPK synthetic fertilizer (10:30:10) in the growth substrate. The production cost per seedling and the cost-benefit ratio under the proposed system were 10% lower than that of the intensive conventional system. The difference in the unit production cost represents a saving in the establishment of new coffee plantations of ¢ 150,800 colones per hectare, and of ¢ 450,000 in farms of 3 hectares representative of the Monteverde region, a saving that is equivalent to 40% of income from the first harvest year for an organic farm of that size. Although the specific results of the study are contextualized to the agroecological conditions of the Monteverde region, it is considered that as long as the production techniques used are respected, it is likely that consistent results of development and quality of the coffee storage can be obtained in other coffee-growing regions with similar conditions.Instituto Tecnológico de Costa RicaUniversidad Nacional, Costa RicaUniversidad Estatal a Distancia de Costa RicaDoctorado en Ciencias Naturales para el DesarrolloEscuela de Ciencias Biológica

Bio-optimization of compost with cultures of mountain microorganisms (MM) and digested sludge from bio-digester (LDBIO)

El compost es un abono orgánico que puede aportar nutrientes, materia orgánica, humedad y microorganismos benéficos al agroecosistema. La calidad del compost depende en gran medida de las características de los materiales que se empleen en el proceso de elaboración, por lo que uno de los retos existentes en la tecnología del compostaje es la optimización de la calidad del material terminado. Los MM son inóculos microbianos con altas poblaciones principalmente de hongos, bacterias y actinomicetos que se encuentran naturalmente en el suelo, mientras que los LDBIO son los sólidos precipitados resultantes del proceso de digestión anaeróbica. El empleo de MM y LDBIO como agentes optimizadores de la calidad del compost no ha sido estudiado. El presente trabajo tiene como objetivo investigar, en forma no experimental, económica, y a un nivel de resolución macro utilizan-do pruebas de laboratorio robustas, si el MM y LDBIO poseen características favorables como agentes efectivos para la optimización del compost, e identificar la combinación de estos materiales que permita producir compost de mayor calidad. De acuerdo con los datos obtenidos, se logra evidenciar a ese nivel de resolución, que efectivamente los MM y LDBIO presentan características apropiadas como agentes optimizadores del compost. El compost que presenta las mejores características de calidad en cuanto a la concentración de macronutrientes, contenido de materia orgánica, carbono, retención de humedad y concentración de biomasa microbiana, es el que contiene MM y LDBIO en forma integrada. La incorporación de estos compuestos no afecta otros parámetros de calidad de este abono, incluyendo el pH, la CE y la relación C/N. Tampoco afecta la capacidad de maduración, la estabilidad y la inocuidad del compost final, por lo que se concluye que es factible continuar invirtiendo en la investigación de estos compuestos como agentes optimizadores del compost. Se recomienda realizar ensayos de respuesta de crecimiento con el abono optimizado para identificar el potencial de aporte al desarrollo de los cultivos.Compost is a bio-fertilizer that contains nutrients, organic matter, water and microorganisms that benefit the integrity of agroecosystems. Compost quality is highly dependent on the characteristics of the materials employed in production. One of the main challenges in compost technology is quality optimization. MM are microbial cultures containing dense populations of native soil microorganisms including bacteria, fungi and actinomycetes. LDBIO are the precipitated solids found in anaerobic reactors. This is a low cost, non-experimental, economic, low resolution pre-feasibility study that uses robust laboratory analytical methods to identify whether these compounds can be used as compost optimization agents, and identify the combination of these materials that produce the highest quality compost. According the re-sults obtained, there is empirical evidence that MM and LDBIO have potential as compost optimization agents. The compost with the best quality characteristics (macronutrient concentration, organic matter, carbon and water content, microbial biomass) is the one that contains both MM and LDBIO. The incorporation of these materials in the com-post does not affect other compost quality parameters such as pH, EC and C/N ratio. It does not affect the maturity, stability and innocuity of compost. Therefore, at this level of resolution, it is concluded that it is feasible to continue researching these materials as compost optimiza-tion agents. It is recommended to implement plant growth-response tests in order to identify the potential of the optimized compost to enhance plant development.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA

Fitotoxicidad de compost producido con cultivos de microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor

Introduction: compost quality may be enhanced with compost optimization agents. These agents must guarantee safety. Compost phytotoxicity tests are an economic, rapid and reliable mechanism to detect toxic substances in compost that may inhibit seed germination and plant growth. Objective: to evaluate the phytotoxicity of mountain microorganisms and biodigester sludge as compost optimization agents Methods: complete randomized blocks bioassay with cucumber seeds (Cucumis sativus). Results: individual use of these agents has no inhibitory effects in cucumber germination and growth and is thus safe. However, added simultaneously, they have inhibitory effects on germination and growth of cucumber, possibly from the phytotoxic effect of excess Zinc and Boron. Conclusion: we recommend caution and further tests with additional growth stages and species.Introducción: la calidad del compost puede ser ajustada a través de la incorporación de agentes optimizadores. La selección de los agentes debe hacerse en forma cuidadosa para efectos de garantizar la seguridad del compost maduro. Las pruebas de fitotoxicidad son un mecanismo económico, rápido y confiable para detectar en el compost la presencia de sustancias tóxicas inhibidoras de la germinación y el crecimiento de cultivos. Objetivo: evaluar la fitotoxicidad de los microorganismos de montaña y los lodos de biodigestor como agentes optimizadores del compost. Métodos: bioensayo de germinación y crecimiento de semillas de pepino (Cucumis sativus) utilizando un arreglo de bloques completamente aleatorizados. Resultados: el empleo individual de estos agentes, no tiene un efecto inhibidor en la germinación y el crecimiento del pepino, por lo que pueden ser considerados como materiales seguros para la optimización de la calidad del compost. Sin embargo, la incorporación simultánea de ambos agentes en la producción de este abono orgánico provocó una disminución significativa en la germinación y el crecimiento inicial del pepino. Este resultado podría explicarse por el efecto fitotóxico que ejerce el exceso de Zinc y Boro detectado en el compost que combina ambos materiales. Conclusión: recomendamos utilizar este compost con precaución y llevar a cabo otras pruebas de crecimiento para identificar si la fitotoxicidad observada se mantiene sobre otros cultivos y sobre otras etapas de desarrollo más avanzadas a la germinación y el crecimiento inicial

Does the Use of Tubular Digesters to Treat Livestock Waste Lower the Risk of Infection from \u3cem\u3eCryptosporidium Parvum and Giardia Lamblia\u3c/em\u3e?

Worldwide, high incidences of cryptosporidiosis and giardiasis are attributed to livestock waste. Quantitative microbial risk assessment can be used to estimate the risk of livestock related infections from Cryptosporidium parvum and Giardia lamblia. The objective of this paper was to assess the occupational and public health risks associated with management of raw and anaerobically digested livestock waste in two rural communities in Costa Rica based on fomite, soil and crop contamination and livestock waste management exposure pathways. Risks related to cattle waste were greater than swine waste due to cattle shedding more (oo)cysts. Cryptosporidium parvum also posed a greater risk than Giardia lamblia in all exposure pathways due to livestock shedding high loads of Cryptosporidium parvum oocysts and oocysts' lower inactivation rates during anaerobic digestion compared with Giardia lamblia cysts. The risk of infection from exposure to contaminated soil and crops was significantly lower for a community using tubular anaerobic digesters to treat livestock waste compared to a community where the untreated waste was applied to soil. The results indicate that treatment of livestock waste in small-scale tubular anaerobic digesters has the potential to significantly decrease the risk of infection below the World Health Organization's acceptable individual annual risk of infection (10−4).</jats:p