Influence of compost and humic substances on soil and fruit quality in Table Grape under intensive management in Chile

Abstract

The objective of this study was to evaluate the effects of the application of organic amendments (compost and humic extracts) on some soil quality indicators, agronomic variables, and the exportable yield in table grape <em>(Vitis vinifera</em>, var.Thompson seedless) grown in an inceptisols soil in the Limari valley in Chile Experimental research was performed in three stages: 1) production of compost from grape pomace and the extraction of humic substances from it, 2) evaluation of the compost and humic extract as organic amendments in pots, and 3) evaluation of humic extract under field conditions. Compost was prepared using grape pomace by product from the production of pisco and goat manure in different proportions (9 treatments). The cocomposting process was monitored during a 220-day period. The optimal treatment was defined according to Chilean National Standard and Compost Council USA standards for compost, including: high humifi cation ratio (humic acids/fulvic acids: HA/FA), low concentration of heavy metals and microbial pathogens, high germination percentage (%G), and the incorporation of a considerable proportion of grape pomace. The compost produced under optimal treatments was used to obtain humic extract (liquid humus) by alkaline extraction (extraction ratio compost/extractant: 1:10 p/v). In the second phase of the research compost from grape pomace, liquid humus, a commercial microbial inoculant, and chemical NPK fertilizers were assessed under experimental conditions. Four C-rates were evaluated for each organic amendment:Compost—0, 500, 1000 and 2000 kg C/ha, and liquid humus—0,100, 200 and 400 kg C/ha and both organic materials at their maximum C-rates were also evaluated in the absence of chemical fertilization. Medium chemical fertilization levels were used. The fi eld phase of the experiment was conducted in a 1-year old table grape orchard under drip irrigation. Using a factorial experimental design, 16 treatments were evaluated during two seasons using liquid humus at four C-rates (0, 100, 200 and 400 kg C/ha) and chemical fertilizer with nitrification inhibitor at four N-rates (0, 30, 60 and 120 kg/ha). Chemical, biochemical, and microbiological soil properties, as well as fruit quality and exportable yield were determined each season and plant tissue was analyzed. A methodology to select a minimum data set size for establishing compost, soil, and fruit quality indices was developed using regression and frequency analysis. In each case treatments were considered, as populations and changes in different properties were evaluated over time. Three ecosystems exhibiting different soil types were used as a base line: 1) a xerophytic forest on a mountain slope (Mountain baseline, BLM), 2) a riparian vegetation site on the Rio Claro (River baseline, BLR), and 3) a site with uncultivated soil in the same grape field (AES). <br /> The results indicated strong root development in plants treated with compost and inoculants application (p<0.029), obtaining more root dry matter than the control treatment; probably due to the production of indole acetic acid (IAA) and continuous mineralization of organic matter which increased nutrient availability. All compost treatments exhibited significant increases in the enzymatic activities of β-glucosidase (p<0,0001), acid phosphatase (p<0,001), and alkaline phosphatase (p<0,0001), that were significantly higher than the liquid humus treatments (56,6>13.8 UBG, 228,1>103,0 acid UP and 327,9>100,6 alkaline UP, respectively). This can be explained by the fact that compost increased total C, N and P concentrations, which stimulated enzymatic activity. In terms of organic matter content and enzymatic activity, significant differences (p<0,05) were found among the three baselines considered: BLR>BLM>AES. The enzymatic activity of alkaline phosphatase and β glusocidase, and the content of humic substances (HS: humic + fulvic acids) were selected from the minimum set of variables to explain changes in the soil where table grape was grown under fi eld conditions. The application of liquid humus resulted in significant (p<0,01) increases of: exportable harvest mass (from 13 T ha-1 to 16 T ha-1), water-soluble carbon, and humic substances. None of the traditional fruit quality parameters exhibited changes, the still content of total chlorophyll and polyphenoloxidase were proposed as potential indicators of fruit quality under the conditions found in this experiment.

<strong>Einfluss von Kompost und Huminstoffe auf den Boden und Obst Qualität in der Table Grape unter intensive Bewirtschaftung in Chile</strong><br /> Ziel dieser Untersuchung war es, die Auswirkungen von organischen Zusätzen (Kompost und Humusextrakte) auf einige Indikatoren der Bodenqualität, der agronomischen Variablen und dem exportierbaren Ertrag von Tafelweintrauben (<em>Vitis vinifera</em>, var.Thompson seedless) zu untersuchen, die in einem Inceptisol-Boden in Limari Tal in Chile angebaut wurden. Eine wissenschaftliche Untersuchung in drei Phasen wurde durchgeführt 1.) Herstellung von Kompost aus Traubentrester und den daraus extrahierten Huminstoffen, 2.) die Bewertung von Kompost und Humusextrakten als organische Zusätze in einem Topfexperiment und 3.) die Auswirkungen von Humusextrakten im Freilandversuch. Der Kompost wurde aus Traubentrester der Pisco Industrie und aus Ziegendung in unterschiedlichen Verhältnissen hergestellt (9 Behandlungen). Der Prozess der Co-Kompostierung wurde über einen Zeitraum von 220 Tagen überwacht. Die beste Behandlung wurde nach Vorgaben der nationalen chilenischen Standards und den Richtlinien des Compost Counsil USA festgelegt. Diese beinhalten: eine hohe Humifi zierungsrate (Huminsäuren/Fulvinsäuren: HA/FA), eine niedrige Konzentration an Schwermetallen und mikrobiellen Krankheitserregern, ein hoher Prozentsatz an Keimfähigkeit (%G) sowie die Verwendung eines beträchtlichen Anteils Traubentrester. Der aus den besten Behandlungen entstandene Kompost, wurde zur Gewinnung von Huminextrakt (flüssigen Humus) durch alkalische Extraktion (Extraktionsquotient Kompost/Extraktionsmittel: 1:10p/v) verwendet. In der zweiten Phase wurde Kompost aus Traubentrester, flüssigem Humus, einem kommerziellen mikrobiellen Inokulanten und chemischem NPK Dünger für das Topfexperiment ausgewählt. Für jeden organischen Zusatz wurden jeweils 4 C-Raten getestet. Diese waren beim Kompost: 0, 500, 1000 y 2000 kg C ha-1 und beim fl üssigen Humus: 0,100, 200 und 400 kg C ha-1; beide organischen Substanzen mit ihrer jeweils höchsten C-Rate wurden ebenfalls ohne den Zusatz eines chemischen Düngemittels untersucht. Gedüngt wurde im mittleren Bereich. Ein Freilandversuch wurde auf einer einjährigen Tafeltraubenplantage durchgeführt, wobei die Wasserversorgung mittels Tropfbewässerung gewährleistet wurde. Innerhalb eines faktoriellen Experiments wurden 16 Behandlungen über einen Zeitraum von 2 Anbaujahren durchgeführt. Flüssiger Humus wurde dabei in 4 C-Raten (0, 100, 200 und 400 kg C ha-1 ) und der chemische Dünger mit Nitrifi kationshemmer in 4 N-Raten (0, 30, 60 und 120 kg ha-1) verwendet. In jedem Anbaujahr wurden neben der Analyse des Pfl anzengewebes, die chemischen, biochemischen und mikrobiologischen Bodeneigenschaften sowie Fruchtqualitätseigenschaften und der exportierbare Ertrag bestimmt. Eine Methodik zur Auswahl eines Mindestdatensatzes wurde angewendet, um Indizes für die Qualität von Kompost, Boden und der Frucht mittels Regressions- und Frequenzanalyse zu erstellen. Dabei wurden die jeweiligen Behandlungen berücksichtigt und demnach die Populationen und Veränderungen der verschiedenen Eigenschaften über die Zeit bewertet. Drei Ökosysteme mit unterschiedlichen Böden dienten als Ausgangsbasis: 1.) Xerophtenwald im Gebirge (Baseline Gebirge/BLM), 2.) Ufer nahe Vegetation am Rio Claro Fluss (Baseline Fluss, BLR), und 3.) unkultivierter Boden (AES). <br /> Die Ergebnisse zeigten eine starke Wurzelentwicklung bei den Pfl anzen, die mit Kompost und Inokulanten (p<0,029) behandelt worden sind. Es konnte eine höhere Wurzeltrockenmasse als in der Kontrollbehandlung festgestellt werden. Dies ist womöglich auf die Produktion von Indolessigsäure (IAA), der kontinuierlichen Mineralisierung von organischem Material und der dadurch verbesserten Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanze zurückzuführen. Das konnte durch die Zunahme der enzymatischen Aktivitäten von β-Glucosidase (p<0,0001), saurer Phosphatase (p<0,001), und alkalischer Phosphatase (p<0,0001) in allen Kompost-Behandlungen belegt werden. Sie lagen deutlich höher als bei den Behandlungen mit flüssigem Humus (56,6>13,8 UBG, 228,1>103,0 saures UP bzw. 327,9>100,6 alkalisches UP). Dies kann dadurch erklärt werden, dass durch den Kompost die Gehalte des Gesamt-C, -N und –P gestiegen sind, wodurch die enzymatische Aktivität angeregt wurde. Bezüglich des Gehaltes an organischem Material und der enzymatischen Aktivität konnten signifi kante Unterschiede zwischen den drei in Betracht gezogenen Ökosystemen festgestellt werden: BLR>BLM>AES. Unter der Berücksichtigung einer Mindestanzahl von Variablen wurden die enzymatischen Aktivität der Alkalischen Phosphatase und der β-Glucosidase sowie der Huminstoffgehalt (HS: Huminsäure und Fulvinsäure) bestimmt, um anhand dieser Veränderungen des Bodens bestimmen zu können auf dem die Tafelweintrauben unter Freilandbedingungen angebaut worden sind. Die Anwendung von fl üssigem Humus führte zu einer signifi kanten Zunahme des gesamten exportierbaren Ertrags (von 13 T ha-1 auf 16 T ha-1), sowie zu einer Zunahme von organischem Kohlenstoff und Huminstoffen im Boden. Keine der herkömmlichen Parameter zur Bestimmung der Fruchtqualität wies Veränderungen auf, dennoch wurden unter diesen Versuchsbedingungen der Total Chlorophyll - und Polyphenoloxidasegehalt als potentielle Indikatoren zur Bestimmung der Fruchtqualität vorgeschlagen.