Organic sweet pepper yield and soil microbial communities as afected by a commercial organic fertilizer and sunn hemp as a cover crop in Puerto Rico

Abstract

Sunn hemp (Crotalaria juncea) is a legume cover crop that produces large amounts of biomass which, combined with its relatively high nitrogen (N) content and N-fixing capacity, can potentially offset N fertilizer needs by providing nitrogen to the subsequent crops in organic production. This can be economically beneficial if fertilizer inputs are reduced without a yield reduction. This is especially true when organic growers have the need to buy commercial organic fertilizers, and it is more critical in an island like Puerto Rico, where all imports must be shipped in, adding to the cost. Furthermore, the numerous benefits to soil health and the environment contribute to the system’s sustainability. This study was conducted at the Agricultural Experimental Station of Lajas, University of Puerto Rico for two growing seasons, the first one starting in December 2011 (2011 Experiment) and the second one in April 2012 (2012 Experiment). The specific objectives of this experiment were to: 1) determine fruit yield of sweet pepper (Capsicum chinense) as affected by a commercial organic fertilizer (BioFlora Dry Crumbles™ 6-6-5) and the use of sunn hemp as a cover crop; 2) determine the status of the soil microbial community size and structure under cover crop and N fertilization treatments; and 3) assess other soil parameters such as pH, organic matter, and enzyme activity. To evaluate cover crop and N interactions a 2x4 factorial arrangement of treatments was used. No cover crop and cover crop were the two levels of one factor, and 0, 56, 112, and 168 were the four levels of the second factor, which indicated the kilograms of N per hectare (ha) supplied by the commercial fertilizer BioFlora (6-6-5). There was no significant effect of cover crop for both experiments, however, the 2011 Experiment indicated a trend toward reduced yields when the cover crop was used, which could be attributed to sunn hemp’s allelopathic properties. N fertilization did have a significant effect on sweet pepper yields, with 112 and 168 kg N ha-1 the fertilization rates that resulted in the highest yields for the 2011 Experiment with no significant difference between them. In the 2012 Experiment, the 168 kg N ha-1 resulted in highest yield. Differences in N fertilizer needs between experiments could be attributed to different factors such as soil properties, weather conditions (temperature and precipitation) and pest incidence. Regarding soil microbial community size and structure, there were no significant differences found among treatments according to individual evaluation of total FAMEs. However, the principal component analysis (PCA) indicated an early shift in the microbial community structure due to cover crop use. Other studies have demonstrated that soil microbial composition is affected by different management practices which indicate that replicating these experiments could confirm the early differences seen in this study over time. The rest of the soil parameters assessed indicate favorable conditions, even though organic matter content was lower than expected.

Sunn hemp (Crotalaria juncea) es una leguminosa comúnmente usada como cultivo de cobertura que produce grandes cantidades de biomasa. Combinado con su alto contenido de nitrógeno (N) y su capacidad de fijar N, esta leguminosa podría compensar las necesidades de fertilización al proveer N a cultivos en producción orgánica. Esto puede resultar en beneficios económicos si se logra reducir la cantidad de fertilizante utilizado sin afectar los rendimientos. Esto es de especial importancia para productores orgánicos que compran fertilizantes y la situación es más crítica en una isla como Puerto Rico, donde estos productos deben ser importados, aumentando su costo. Adicionalmente, los diversos beneficios para la salud del suelo y el ambiente contribuyen a la sustentabilidad del sistema. Este estudio se realizó en la Estación Experimental Agrícola de Lajas de la Universidad de Puerto Rico durante dos épocas diferentes; la primera inició en diciembre del 2011 (Experimento 2011) y la segunda en abril del 2012 (Experimento 2012). Los objetivos específicos de este estudio fueron: 1) determinar los rendimientos de ají dulce (Capsicum chinense) cultivado bajo diferentes tasas de aplicación de un fertilizante orgánico comercial (BioFlora Dry Crumbles™ 6-6-5) y el uso de sunn hemp como cultivo de cobertura; 2) determinar el tamaño y estructura de las comunidades microbiológicas del suelo en los diferentes tratamientos de fertilización e incorporación de sunn hemp; y 3) evaluar otros parámetros del suelo como pH, contenido de materia orgánica y actividad enzimática. Para evaluar los efectos del cultivo de cobertura y fertilización se usó un arreglo de tratamientos factorial de 2x4. El uso y no uso de sunn hemp representaron los dos niveles del primer factor y las cuatro tasas de fertilización (0, 56, 112, y 168 kg N ha-1 ) suplidas por el fertilizante comercial BioFlora (6-6-5) representaron los cuatro niveles del segundo factor. No hubo diferencias significativas en relación al uso de sunn hemp para ambos experimentos, sin embargo, en el Experimento 2011 se identificó una tendencia hacia menores rendimientos con el uso de sunn hemp lo cual podría ser ocasionado por las propiedades alelopáticas de esta especie. Por otro lado, sí hubo diferencias significativas entre las tasas de fertilización. En el Experimento 2011 los rendimientos más altos se obtuvieron con 112 y 168 kg N ha-1 y no hubo diferencias significativas entre estos dos niveles. En el Experimento 2012 los rendimientos más altos se obtuvieron con 168 kg N ha-1 . Las diferencias entre las tasas de fertilización requeridas por ambos experimentos pueden atribuirse a varios factores, incluyendo propiedades del suelo, condiciones climáticas (temperatura y precipitación) e incidencia de plagas. En relación al tamaño y estructura de la comunidad microbiológica del suelo tampoco se encontraron diferencias significativas entre tratamientos, sin embargo, el análisis de componentes principales mostró leves cambios en la estructura microbiana como resultado del uso de sunn hemp. Otros estudios han demostrado que la composición microbiana del suelo es afectada por diferentes prácticas de manejo lo cual induce a pensar que réplicas de estos experimentos podrían confirmar los leves cambios en este estudio. Los demás parámetros mostraron condiciones favorables, a pesar de que el contenido de materia orgánico fue menor a lo esperado.