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Proyecto de investigación:
SUSTRATO.
INSTITUTO TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE LA REGION CARBONIFERA
ALUMNOS COLABORADORES:
CASTILLO AVILEZ VICTOR JAVIER
PUENTE LIRA EDSON EDUARDO
SANCHEZ RIOS HUGO ALONSO
SOSA PECINA JESUS HUMBERTO
VAZQUEZ ALVAREZ LUIS DANIEL
MAESTROS INVESTIGADORES:
M.A. RUBÍ ALCALÁ GONZÁLEZ
M.A. PERLA MAYARA ALCALÁ GONZÁLEZ
M.A. HILDA CRISTINA MARTÍNEZ TOVAR
3 de Junio de 2015
Índice
Antecedentes del problema…………………………………………………..…………. 2
Planteamiento del problema…………………………………………………..……….. 3
Objetivos ………………………………………………………………….…………… 4
Justificación………………………………………………………………….……..…….. 5
Hipótesis…………………………………………………………….……………………… 6
Marco teórico
Conceptual ……………………………………...……….……………………… 7
Referencial ……………………………………………………………………... 8
Histórico ………………………………………………………………………..13
Identificación de variables………………………………………………………………...15
Diseño de investigación ………………………………………………………………… 17
Presupuestos ,…………………………………………………………………………… 24
Diagrama de Gantt………………………………………………. archivo externo en PDF
Antecedentes del problema
El sustrato se empezó a utilizar en 1861 por un agrónomo americano el cual
observando se dio cuenta que el sustrato en ese caso una composta daba mejores
resultados que los métodos convencionales. En aquellos entonces el sustrato se
utilizaba principalmente para que la planta creciera de manera más frondosa y con
mayor rapidez que los métodos convencionales.
Con esta información hoy en día el sustrato en sus múltiples presentaciones haciendo
énfasis en el desecho de carbón es un material el cual hace que el proceso de
crecimiento de las plantas se vea acelerado, no de igual manera el crecimiento
frondoso de las plantas, y múltiples estudios han comprobado que la utilización de
cualquier tipo de sustrato es beneficioso para la planta dado que absorbe mayores
nutrientes, de esa manera al utilizar el desecho de carbón como tipo de sustrato se
estará haciendo la mejora al proceso de las plantas.
Pero:
¿Será factible realizar este nuevo tipo de proceso de optimización del sustrato en la
siembra y cosecha?
¿Tendrá el proceso un gran cambio en la producción de hoy en día en la plantación?
¿La producción de plantas con este sustrato podrá ser mejor que con otras ya
existentes?
Planteamiento del problema:
Debido a que nuestro suelo carece de nutrientes naturales para el adecuado desarrollo
de las plantas, es una práctica común sembrar las plantas en un material diferente al
suelo común se buscan diferentes alternativas como abonos para ofrecer a las plantas
elementos que fortalecen su crecimiento.
Hoy en día en los cultivos, viveros o invernaderos surge la necesidad de utilizar los
componentes que se encuentran en nuestro alrededor y sobre todo la responsabilidad
de proteger a nuestro medio ambiente con la creación de una mejora de proceso de
elaboración sustrato más económico y que sea un apoyo en el crecimiento de las
plantas cualquiera que sea su forma de producción (en el suelo tradicional, en un
vivero, en un invernadero)
La región carbonífera cuenta con gran cantidad de desechos del carbón que son
materiales ideales para la elaboración de un sustrato que contribuya al crecimiento de
las plantas. Si bien se sabe el sustrato forma un papel muy importante en el proceso de
crecimiento de la planta, este proceso innovador identificara el sustrato de acuerdo a
los requerimientos de esta región. La optimización de los procesos para la obtención de
un sustrato representa un área de oportunidad sustentable.
Es una propuesta que nunca antes había sido implementada en la región se busca
obtener el óptimo proceso en la producción del sustrato que cumpla con las
expectativas esperadas mejorando el proceso del crecimiento de las plantas, siento su
implementación un servicio económico.
Objetivo general:
Determinar y optimizar un proceso para la elaboración de sustrato para su uso en
plantaciones.
Objetivos específicos
- Determinar la granulometría de la piedra para que el sustrato actúe de mejor
manera en la planta
- Definir el procedimiento para la elaboración del sustrato
- Precisar un método de medición (Comparación de tierra y sustrato)
- Identificar las variables de entrada que afectan el crecimiento de la planta
- Analizar e interpretación de los resultados mediante herramientas estadísticas.
Justificación:
En la región carbonífera dadas las propiedades naturales que ofrece el suelo y
demostrado en plantaciones realizadas tanto en campo, como en hogares, podemos
afirmar que el cultivo de plantas en general es directamente afectado por las
propiedades de las que carece nuestro suelo, y como consecuencia de la falta de
elementos químicos y físicos , la planta crece pero no con la estructura física deseada
de lo contrario si el suelo ofreciera los suficientes nutrientes, vitaminas y o la
maximización de retención de líquido, obtendríamos como resultado una planta
frondosa que se desarrollara a sus tiempos de crecimiento exactos y teniendo como
producto final una planta que ofreciera el máximo de sus características gracias a su
buen fortalecimiento de su crecimiento.
Siendo estas razones por las cuales el uso del sustrato, sería de gran ayuda a las
plantas de la región ya que brindaría todos los nutrientes que en el suelo común no
encontraría pero ¿Qué elementos de nuestra región podrían ser utilizados en la
elaboración de un proceso de sustrato?
Son varios municipios los que conforman, la región carbonífera, entre ellos se
encuentran Melchor Múzquiz, San Juan de Sabinas, Sabinas, entre otras villas como ,
Agujita Su nombre se origina por ser la única región productora de carbón en el país,
pues representa el 95 por ciento de las reservas de México.
Pero en estas localidades el desecho de carbón que es tan abundante nunca se ha
considerado como un material que pudiera tener alguna aplicación benéfica y siempre
fue tratado como desperdicio.
Siendo este desperdicio uno natural y que al ser extraído tiene elementos más puros se
determinó que sería benéfico para las plantas, desarrollando una actividad sustentable
y ofreciendo el servicio al fortalecimiento a las plantas con una alternativa al suelo
común que ofrece mejores benéficos de las que carece el suelo
Así que se quiere eliminar esta problemática mediante la selección idónea de
materiales que ofrezca las propiedades que la planta necesita.
Hipótesis General
El proceso utilizado para la elaboración del sustrato es un factor determinante en el
crecimiento de la planta
Hipótesis secundarias
-El crecimiento de las plantas depende del tipo de tierra o sustrato de la región
(desecho del proceso del lavado del carbón)
- la granulometría de la piedra afecta en el proceso para que el sustrato actué de mejor
manera en la planta
- el tipo de vitamina tiene diferentes efectos en las plantaciones
- la cantidad de regado a la planta tiene influencia en el proceso de aplicación de
sustrato
MARCO TEORICO:
Conceptual
SUSTRATO
Todo material solido distinto del suelo, natural de síntesis, mineral u orgánico que
colocado en un contenedor en forma pura o mescla desempeña un papel de soporte
para la planta
CULTIVO SIN SUELO
Es el sistema de cultivo en el que la planta desarrolla un sistema radical en un espacio
muy limitado o aislado
SUELO
Superficie de la Tierra.
REGION
Porción de territorio determinada por caracteres étnicos o circunstancias especiales de
clima, producción, topografía, administración, gobierno
PERLITA
Microestructura de la perlita
Se denomina perlita a la microestructura formada por capas o láminas alternas de las
dos fases (α y cementito) durante el enfriamiento lento de
un acero a temperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de
una perla al observarse microscópicamente a pocos aumentos.
POROSIDAD.
Es el volumen total del medio no ocupado por las partículas sólidas, y por tanto, lo
estará por aire o agua en una cierta proporción. Su valor óptimo no debería ser inferior
al 80-85 %, aunque sustratos de menor porosidad pueden ser usados ventajosamente
en determinadas condiciones.
La porosidad debe ser abierta, pues la porosidad ocluida, al no estar en contacto con el
espacio abierto, no sufre intercambio de fluidos con él y por tanto no sirve como
almacén para la raíz. El menor peso del sustrato será el único efecto positivo. El
espacio o volumen útil de un sustrato corresponderá a la porosidad abierta.
El grosor de los poros condiciona la aireación y retención de agua del sustrato. Poros
gruesos suponen una menor relación superficie/volumen, por lo que el equilibrio tensión
superficial/fuerzas gravitacionales se restablece cuando el poro queda solo
parcialmente lleno de agua, formando una película de espesor determinado.
DENSIDAD.
La densidad de un sustrato se puede referir bien a la del material sólido que lo
compone y entonces se habla de densidad real, o bien a la densidad calculada
considerando el espacio total ocupado por los componentes sólidos más el espacio
poroso, y se denomina porosidad aparente.
La densidad real tiene un interés relativo. Su valor varía según la materia de que se
trate y suele oscilar entre 2,5-3 para la mayoría de los de origen mineral. La densidad
aparente indica indirectamente la porosidad del sustrato y su facilidad de transporte y
manejo. Los valores de densidad aparente se prefieren bajos (0,7-01) y que garanticen
una cierta consistencia de la estructura.
ESTRUCTURA.
Puede ser granular como la de la mayoría de los sustratos minerales o bien fibrilares.
La primera no tiene forma estable, acoplándose fácilmente a la forma del contenedor,
mientras que la segunda dependerá de las características de las fibras. Si son fijadas
por algún tipo de material de cementación, conservan formas rígidas y no se adaptan al
recipiente pero tienen cierta facilidad de cambio de volumen y consistencia cuando
pasan de secas a mojadas.
GRANULOMETRÍA.
El tamaño de los gránulos o fibras condiciona el comportamiento del sustrato, ya que
además de su densidad aparente varía su comportamiento hídrico a causa de su
porosidad externa, que aumenta de tamaño de poros conforme sea mayor la
granulometría.
CORRIDA
Es otra cosa: es una serie de elementos iguales consecutivos Se usa para pruebas de
aleatoriedad
DISENO DE EXPERIMENTOS
Una prueba o serie de pruebas en las cuales se introducen cambios deliberados en las
variables de entrada
Marco Referencial
Propiedades químicas de un sustrato
La reactividad química de un sustrato se define como la transferencia de materia entre el sustrato y la solución nutritiva que alimenta las plantas a través de las raíces. Esta transferencia es recíproca entre sustrato y solución de nutrientes y puede ser debida a reacciones de distinta naturaleza:
a) Químicas. Se deben a la disolución e hidrólisis de los propios sustratos y pueden provocar:
Efectos Fito tóxicos por liberación de iones H+ y OH- y ciertos iones metálicos como el Co+2.
Efectos carenciales debido a la hidrólisis alcalina de algunos sustratos que provoca un aumento del pH y la precipitación del fósforo y algunos micro elementos.
Efectos osmóticos provocados por un exceso de sales solubles y el consiguiente descenso en la absorción de agua por la planta.
b) Físico-químicas. Son reacciones de intercambio de iones. Se dan en sustratos con contenidos en materia orgánica o los de origen arcilloso (arcilla expandida) es decir, aquellos en los que hay cierta capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.). Estas reacciones provocan modificaciones en el pH y en la composición química de la solución nutritiva por lo que el control de la nutrición de la planta se dificulta.
c) Bioquímicas. Son reacciones que producen la biodegradación de los materiales que componen el sustrato. Se producen sobre todo en materiales de origen orgánico, destruyendo la estructura y variando sus propiedades físicas. Esta biodegradación libera CO2 y otros elementos minerales por destrucción de la materia orgánica. Normalmente se prefieren son sustratos inertes frente a los químicamente activos. La actividad química aporta a la solución nutritiva elementos adicionales por procesos de hidrólisis o solubilidad. Si éstos son tóxicos, el sustrato no sirve y hay que descartarlo, pero aunque sean elementos nutritivos útiles entorpecen el equilibrio de la solución al superponer su incorporación un aporte extra con el que habrá que contar, y dicho aporte no tiene garantía de continuidad cuantitativa (temperatura, agotamiento, etc.). Los procesos químicos también perjudican la estructura del sustrato, cambiando sus propiedades físicas de partida.
Propiedades biológicas.
Cualquier actividad biológica en los sustratos es claramente perjudicial. Los microorganismos compiten con la raíz por oxígeno y nutrientes. También pueden degradar el sustrato y empeorar sus características físicas de partida. Generalmente disminuye su capacidad de aireación, pudiéndose producir asfixia radicular. La actividad biológica está restringida a los sustratos orgánicos y se eliminarán aquellos cuyo proceso degradantico sea demasiado rápido.
Así las propiedades biológicas de un sustrato se pueden concretar en:
a) Velocidad de descomposición.
La velocidad de descomposición es función de la población microbiana y de las condiciones ambientales en las que se encuentre el sustrato. Esta puede provocar deficiencias de oxígeno y de nitrógeno, liberación de sustancias fitotóxicas y contracción del sustrato. La disponibilidad de compuestos biodegradables (carbohidratos, ácidos grasos y proteínas) determina la velocidad de descomposición.
b) Efectos de los productos de descomposición.
Muchos de los efectos biológicos de los sustratos orgánicos se atribuyen a los ácidos húmicos y fúlvicos, que son los productos finales de la degradación biológica de la lignina y la hemicelulosa. Una gran variedad de funciones vegetales se ven afectadas por su acción.
c) Actividad reguladora del crecimiento.
Es conocida la existencia de actividad ausencia en los extractos de muchos materiales orgánicos utilizados en los medios de cultivo.
CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO IDEAL.
El mejor medio de cultivo depende de numerosos factores como son el tipo de material vegetal con el que se trabaja (semillas, plantas, estacas, etc.), especie vegetal, condiciones climáticas, sistemas y programas de riego y fertilización, aspectos económicos, etc.
Para obtener buenos resultados durante la germinación, el enraizamiento y el crecimiento de las plantas, se requieren las siguientes características del medio de cultivo:
a) Propiedades físicas:
Elevada capacidad de retención de agua fácilmente disponible. Suficiente suministro de aire. Distribución del tamaño de las partículas que mantenga las condiciones
anteriores. Baja densidad aparente. Elevada porosidad. Estructura estable, que impida la contracción (o hinchazón del medio).
b) Propiedades químicas:
Baja o apreciable capacidad de intercambio catiónico, dependiendo de que la fertirrigación se aplique permanentemente o de modo intermitente, respectivamente.
Suficiente nivel de nutrientes asimilables. Baja salinidad. Elevada capacidad tampón y capacidad para mantener constante el pH. Mínima velocidad de descomposición.
c) Otras propiedades.
Libre de semillas de malas hierbas, nematodos y otros patógenos y sustancias fitológicas.
Reproductividad y disponibilidad. Bajo coste. Fácil de mezclar. Fácil de desinfectar y estabilidad frente a la desinfección. Resistencia a cambios externos físicos, químicos y ambientales.
TIPOS DE SUSTRATOS.
Existen diferentes criterios de clasificación de los sustratos, basados en el origen de los materiales, su naturaleza, sus propiedades, su capacidad de degradación, etc.
. Según sus propiedades.
Sustratos químicamente inertes. Arena granítica o silícea, grava, roca volcánica, perlita, arcilla expandida, lana de roca, etc.
Sustratos químicamente activos. Turbas rubias y negras, corteza de pino, vermiculita, materiales ligón-celulósicos, etc.
Las diferencias entre ambos vienen determinadas por la capacidad de intercambio catiónico o la capacidad de almacenamiento de nutrientes por parte del sustrato. Los sustratos químicamente inertes actúan como soporte de la planta, no interviniendo en el proceso de adsorción y fijación de los nutrientes, por lo que han de ser suministrados mediante la solución fertilizante. Los sustratos químicamente activos sirven de soporte a la planta pero a su vez actúan como depósito de reserva de los nutrientes aportados mediante la fertilización. Almacenándolos o cediéndolos según las exigencias del vegetal
http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/tipo_sustratos.htm
Fertilizantes de Leonardita
Cuando buscamos información sobre abonos para nuestro huerto urbano, encontramos datos como fertilizantes de Leonardita. También vemos cómo estos fertilizantes de Leonardita siempre van asociados a los que su composición, aparecen tanto ácidos húmicos y ácidos fúlvicos. Es más, destacan su origen de Leonardita como garantía de máxima calidad.
Leonardita: es una materia orgánica asociada al lignito, que aún no ha terminado su proceso de trasformación hacia carbón. Tiene este nombre en homenaje al Dr. A.G. Leonard, primer director del Servicio Geológico del Estado de Dakota del Norte y primer científico que estudió las propiedades de esa sustancia.
Es un nombre con el que se define genéricamente a un tipo de lignito y por lo tanto, al tratarse de materia orgánica en proceso de mineralización, existen actualmente minas de este producto en diferentes partes del mundo, siempre asociadas a la mineralización del carbón. ¿Cómo son los fertilizantes de Leonardita? La Leonardita en sí es la materia prima utilizada para la fabricación de fertilizantes a base de ácidos húmicos y ácidos fúlvicos. La Leonardita difiere de las turbas humificadas por su mayor grado de oxidación y la su bioactividad a través de su estructura molecular. Hay empresas fabricantes de primer nivel que poseen minas propias, normalmente de carbón, que obtienen este material de las capas poco mineralizadas en fase de lignito.
Por otra parte las hay simplemente formuladoras, abasteciéndose de esta materia
prima recurriendo a su compra en minas de diferentes partes del mundo.
Los ácidos húmicos y ácidos fúlvicos se extraen de la Leonardita mediante procesos
químicos. De ahí, estos ácidos se formulan en diferentes concentraciones, ya sean
solamente ellos, por separado o mezclados con otros nutrientes.
¿Cómo se formó la Leonardita?
La formación de la Leonardita (lignito) comenzó su ciclo en la era carbonífera del
Paleozoico, hace unos 280 millones de años.
De las amplias y jugosas vegetaciones de aquel momento en diferentes partes del
mundo, se fueron destruyendo y comenzando su fase de carbonización.
Durante este proceso, se fueron exprimiendo los ricos jugos orgánicos, formando
originalmente lagunas de poca profundidad que también se carbonizaron dando origen
a la Leonardita.
A través de los millones de años de su formación, la Leonardita ha estado sujeta a toda
clase de acciones físicas y químicas, como también microbiológicas, para llegar a su
forma actual.
En su extracción, se separan estas ricas capas, no válidas como carbón, y trasportadas
a las industrias fabricantes de fertilizantes.
Fabricante de Leonardita y formulados a base de ella: www.jisa.es
http://www.elhuertourbano.net/abonos/fertilizantes-de-leonardita/
Los ácidos húmicos son derivados del mineral leonardita — una forma oxidada de lignito — y a la vez son los constituyentes principales de la materia orgánica vegetal en un estado avanzado de descomposición.
La humificación es considerada como un proceso mediante el cual la materia orgánica se va transformando en humus y llega a mineralizarse formando el ácido húmico.
Una de las ventajas de obtener ácidos húmicos a partir de leonardita es su estabilidad, su grado de oxidación, y en consecuencia los componentes presentan mayor uniformidad.
Beneficios al suelo
Algunos investigadores han citado la importancia de utilizar ácidos húmicos en
hortalizas, así como el aporte de beneficios al suelo, entre los cuales mencionamos los
siguientes:
Estimulan el desarrollo radicular.
Ayudan a liberar lentamente las fuentes de nitrógeno, fósforo, potasio y
azufre para la nutrición de las plantas y el crecimiento microbiano.
Participan en la regulación del pH del suelo.
Contribuyen a la absorción de energía y calientan el suelo, debido a su color
oscuro.
Aumentan la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC).
Ayudan a la estructura del suelo agregando partículas de arcilla y limo, y
contribuyen a evitar la erosión del suelo.
Ayudan a ligar los micronutrientes y evitan así la posibilidad de su acarreo y
pérdida.
Tienen efecto quilatarte sobre fierro (Fe), manganeso (Mn), zinc (Zn) y
cobre (Cu).
Pueden actuar como estimulantes del crecimiento de las plantas por medio
de los constituyentes orgánicos en las substancias húmicas.
Contribuyen a la reducción potencial de costos, al reducir el uso de ciertos
plaguicidas.
Ácidos húmicos en protección de cultivos
Incremento de resistencia: Mejoran la sanidad del cultivo al aportar mayor resistencia
contra ataque de patógenos por la acción de los fenoles.
Prevención de enfermedades: Favorecen la actividad de la planta y con ello su
inmunidad contra la invasión de parásitos en las células.
Estímulo de microorganismos: Al estimular la actividad de micorriza y antagonistas, se
produce equilibro biológico en la zona de las raíces.
Fuentes: “Hemic Substances in Biological Agriculture” poor Mayhew, L.; “Amino and
Humic Acids Promote Growth, Yield and Disease Resistance of Faber Bean Cultivated
in Clayey Soil.” Australiano Jornal of Basic and App lied Sienes, 3(2): 731-739, 2009,
Además de los beneficios anteriores, estudios conducidos han revelado efectos de la
utilización de ácidos húmicos en calidad y rendimiento de cultivos de tomate, chile y
pepino. Infórmate en la primera parte de este artículo: Uso de ácidos húmicos en
control de plagas y productividad.
http://www.hortalizas.com/proteccion-de-cultivos/biorracional-organico/beneficios-adicionales-de-los-acidos-humicos/
Histórico
Los aztecas fueron la primera civilización humana en usar agricultura hidropónica
eficientemente. Esta técnica, mediante el uso de una chinampa, ocupó 100 % de lo que
era el lago de Texcoco, que se convirtió después en la Ciudad de México.
Las soluciones minerales para el aporte de nutrientes requeridas para cultivos
hidropónicos no fueron desarrolladas hasta el siglo XIX. Los jardines por cubrimiento de
partes de lagos de los aztecas (chinampas) utilizaban tierra. Los Jardines Colgantes de
Babilonia eran jardines supuestamente irrigados desde la azotea pero no hay
evidencias de que utilizasen hidroponía.
La idea del cultivo de plantas en áreas ambientalmente controladas también existía
en Roma. El emperador romano Tiberio introdujo el cultivo del pepino 2 mediante
técnicas hidropónicas.
El estudio de la hidroponía data desde hace 382 a. C. pero la primera información
escrita es de 1600, cuando el belga Jon van Helmont documentó su experiencia acerca
de que las plantas obtienen sustancias nutritivas a partir del agua. El primer trabajo
publicado sobre crecimiento de plantas terrestres sin suelo fue, Silva Silbaran (1627)
de Francis Bacon. Después de eso, la técnica del agua se popularizó en la
investigación. En 1699, John Wood Ward cultivó plantas en agua y encontró que el
crecimiento de ellas era el resultado de ciertas sustancias en el agua obtenidas del
suelo, esto al observar que las plantas crecían peor en agua destilada que en fuentes
de agua no tan purificadas. Con ello publicó sus experimentos de esta técnica con
la verde. En 1804, De Saussure expuso el principio de que las plantas están
compuestas por elementos químicos obtenidos del agua, suelo y aire. Los primeros en
perfeccionar las soluciones nutrientes minerales para el cultivo sin suelo fueron los
botánicos alemanes Julios von Saches y Wilhelm Knop en la década de 1860. El
crecimiento de plantas terrestres sin suelo en soluciones minerales (solution culture) se
convirtió rápidamente en una técnica estándar de la investigación y de la enseñanza y
sigue siendo ampliamente utilizada. Esta técnica ahora se considera un tipo de
hidroponía donde no hay medio inerte.]
En 1928, el profesor William Frederick Gericke de la Universidad de California en
Berkeley, en California fue el primero en sugerir que los cultivos en solución se
utilizasen para la producción vegetal agrícola. Gericke causó sensación al hacer
crecer tomates y otras plantas que alcanzaron tamaños notables (mayores que las
cultivadas en tierra) en soluciones minerales lo cual lo llevó a la realización de su
artículo titulado “Acuacultura: un medio para producir cosechas” (1929). Por analogía
con el término geopónica (que significa agricultura en griego antiguo) llamó a esta
nueva ciencia hidroponía en 1937, aunque él afirma que el término fue sugerido por el
Dr. W.A. Setchell, de la Universidad de California de hydros (agua) y pinos (cultura /
cultivo).
Los informes sobre este trabajo y las fervientes afirmaciones de Gericke de que la
hidroponía revolucionaría la agricultura provocaron una gran cantidad de peticiones de
información adicional. Gericke rehusó desvelar sus secretos, ya que había realizado los
estudios en su casa y en su tiempo libre. Este hecho provocó su abandono de la
universidad de California. En 1940, escribió el libro, Complete Guide to Soilless
Gardening (Guía Completa del Cultivo sin Suelo).
Se pidió a otros dos especialistas en la nutrición de las plantas de la universidad de
California que investigasen acerca de las afirmaciones de Gericke. Dennis R. Oakland
y Daniel I. Armón escribieron el típico boletín sobre agricultura en 1938, desacreditando
las exageradas afirmaciones hechas sobre la hidroponía. Oakland y Armón llegaron a
la conclusión de que las cosechas de cultivos hidropónicos no eran mejores que
aquellos cultivos cosechados en buenas tierras. Los cultivos estaban limitados por
otros factores que los nutrientes minerales, especialmente la luz. Estas investigaciones,
sin embargo, pasaron por alto el hecho de que la hidroponía tenía otra ventaja incluida
el que las raíces de la planta tienen acceso constante al oxígeno y que la planta puede
tener acceso a tanta o a tan poca agua como necesite. Este es uno de los errores más
comunes cuando el cultivo es sobre-irrigado o sub-irrigado, la hidroponía es capaz de
prevenir que esto ocurra, drenando o recirculando el agua que no absorba la planta. En
cultivos sobre tierra el agricultor necesita tener suficiente experiencia para saber con
cuánta agua debe regar la planta. La solución con la que estarán en contacto las raíces
debe estar suficientemente oxigenada para que el metabolismo radicular no se vea
impedido.
Estos dos investigadores desarrollaron varias fórmulas para soluciones de nutrientes
minerales. Unas versiones modificadas de las soluciones de Hoagland se siguen
utilizando hoy en día.
Uno de los primeros éxitos de la hidroponía ocurrió durante la Segunda Guerra
Mundial cuando las tropas estadounidenses que estaban en el Pacífico, pusieron en
práctica métodos hidropónicos a gran escala para proveer de verduras frescas a las
tropas en guerra con Japón en islas donde no había suelo disponible y era
extremadamente caro transportarlas.
En los años 60, Allen Cooper en Inglaterra desarrollo la Nutriente Film Technique. El
Pabellón de la Tierra, en el Centro Epcot de Disney, abierto en 1982, puso de relieve
diversas técnicas de hidroponía. En décadas recientes, la NASA ha realizado
investigaciones extensivas para su CELSS (acrónimo en inglés para Sistema de
Soporte de Vida Ecológica Controlada).
También en los 80 varias compañías empezaron a comercializar sistemas
hidropónicos. En la actualidad (2010) es posible adquirir un kit para montar un pequeño
sistema de cultivos hidropónicos hogareños por menos de 200 €. Las técnicas de
cultivo sin suelo (CSS) son utilizadas a gran escala en los circuitos comerciales de
producción de plantas de tabaco, (floating) eliminando así las almácigas en suelo que
precisan bromuro de metilo para desinfectar el suelo de malezas, patógenos e insectos.
También en Holanda y otros países con alto grado de desarrollo en cultivos intensivos
las técnicas de CSS han avanzado, desarrollando industrias conexas y numerosas
tecnologías relacionadas con el desarrollo de nuevos medios de cultivo como la perlita,
la lana de roca, la fibra de coco o cocopeat, la cascarilla de arroz tostada y otros
medios apropiados.
Cultivo sin suelo
Plantas de tomate creciendo sobre piedra pómez.
Esta técnica de cultivo sin suelo evita los impedimentos o limitaciones que representa
el suelo en la agricultura convencional mediante el uso de sustratos, todo material
sólido distinto a la tierra que se usa para la siembra en hidroponía como soporte para la
planta y no para su alimentación. El uso de sustratos permite un control total sobre
factores que afectan el desarrollo de la planta, como humedad, oxigenación y nutrición.
Son cultivos sin suelo, en lo que respecta a no contener suelo natural. Perlita agrícola,
piedra pómez, fibras de coco, turba3 o lana de roca, son sustratos de gran uso en lo
que se denominan cultivos hidropónicos. La denominación equivalente o más utilizada
pasa a ser cultivos sin suelo —CSS o soles (en inglés)— pues el medio de sostén de
las plantas pasó a ser una sustancia inorgánica como la perlita u orgánica como turbas
o ciertos desechos agrícolas como cáscaras de frutos —arroz, almendras, etc.—. En el
caso de los cultivos sin suelo, al ser desarrollados por la industria o por aficionados, no
fueron analizados en un principio, en cuanto al impacto que tendría su uso sobre el
medioambiente, como ocurrió con otros desarrollos que redituaban comercialmente. De
la misma manera, los sistemas hidropónicos fueron desde un principio "abiertos" al no
considerarse el impacto ambiental que tendría el volcado de los efluentes tras su uso.
El desarrollo de métodos "cerrados" que significan la economía en cuanto a la
posibilidad de reutilización de los nutrientes y el evitar el impacto que tiene sobre el
medio externo, volcar una solución que arrastra considerable cantidad de iones no
utilizados por las plantas que se cultivan.
Al tener en cuenta la economía y el posible impacto ambiental se desarrollaron los
sistemas cerrados o recirculantes. El manejo de estos nuevos sistemas requiere una
tecnología más compleja. Como se menciona más arriba, existe una serie de
desarrollos en el ámbito de los sustratos, además de ciertos automatismos
desarrollados para facilitar el control de las soluciones y que éstas no varíen sus
parámetros químicos. Tanto la hidroponia y la fertirrigación han dado pie al desarrollo
de instrumental de control como PH-metros y conductímetros en línea, así como a
procesadores que mantienen el control mediante válvulas solenoides o hidraúlicas,
para que la solución pueda ser equilibrada mediante programas de computadoras que
determinan el agregado de ácidos cuando sube el pH, la dilución cuando se eleva la
conductividad eléctrica y otros procesos de control que llegan a interactuar con el
ambiente en que las plantas están evolucionando en tamaño y en su desarrollo.
Gericke originalmente definió la hidroponía como un crecimiento de cultivos en
soluciones minerales, sin ningún medio sólido para las raíces. Se opuso a aquellos
quienes aplicaban el término hidroponía a otros tipos de cultivo sin tierra como los
cultivos en arena o grava. Más recientemente, el autor académico más clásico de la
hidroponia es Howard Resh. La distinción entre hidroponía y cultivos sin suelo ha sido a
menudo confusa. "Cultivos sin suelo" es un término más amplio que hidroponía; tan
solo requiere que no haya suelos con arcilla o cieno. Nótese que la arena es un tipo de
suelo, aunque es considerado cultivo sin suelo. La hidroponía es siempre un cultivo sin
suelo agrícola, pero no todos los cultivos sin suelo son hidropónicos. Muchos tipos de
cultivos sin suelo no usan las soluciones minerales requeridas por los hidropónicos.
En cuanto a la solución nutritiva, se busca proveer a la planta de los 13 elementos
minerales principales por sus efectos en ella. Estos son: 1. Nitrógeno 2. Potasio 3.
Fósforo 4. Calcio 5. Magnesio 6. Azufre 7. Hierro 8. Manganeso 9. Zinc 10. Boro 11.
Cobre 12. Silicio 13. Molibdeno
Hidroponía y el medio ambiente
Cultivo hidropónico de lechuga en un laboratorio del Tecnológico de Monterrey,
Campus Ciudad de México
El cultivo sin suelo es justamente un conjunto de técnicas recomendables cuando no
hay suelos con aptitudes agrícolas disponibles. El esquema consiste en: una fuente de
agua que impulsa por bombeo agua a través del sistema, recipientes con soluciones
madre —nutrientes concentrados—, cabezales de riego y canales construidos donde
están los sustratos, las plantas, los conductos para aplicación del fertiriego y el
recibidor del efluente.
El cansancio de los suelos por alta carga de patógenos tras cultivos repetidos o la
acumulación de iones que conllevan alcalinidad o elevación del tenor de sodio ha
empujado a muchos productores a realizar cultivos hidropónicos o sin suelo. En cultivos
comerciales —en cuanto a su superficie— se hace obligatorio seguir normas
ambientales amigables con el ambiente y emplear métodos de recirculación de las
soluciones volviéndolas al cultivo tras equilibrarlas y desinfectarlas o buscándoles un
lugar de descarga que evite la llegada de los nutrientes efluentes al suelo, cursos de
agua y a los acuíferos.
Ya existen métodos en sistemas abiertos que permiten un segundo cultivo, fijación por
plantas que crecen en pequeñas lagunas de fondo impermeabilizado y otros
ensayándose. Las recomendaciones de realizar cultivos hidropónicos o sin suelo solo
por considerar su alta productividad y rendimiento económico, que no tengan en cuenta
estos aspectos ambientales perniciosos, no son aconsejables. Los cultivos que son
aptos para este método son el tomate, lechuga, repollo, pimiento, pepino, espinaca,
entre otros.
Aunque este cultivo en circunstancias normales no es orgánico ya que utiliza
sustancias químicas para la solución nutritiva que alimenta la planta, puede volverse
orgánico utilizando sustancias naturales
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidropon%C3%ADa#Historia
Identificación de variables:
Después de comprobar que utilizando el desecho del proceso de lavado del carbón si
se podría utilizar como sustrato se decidió utilizar una herramienta de ingeniería de
calidad la cual buscará determinar cuáles son los factores en el proceso que causan
más beneficios a las plantas y encontramos que nuestra mejora al proceso va enfocado
a un término off line ya que forma parte del diseño de proceso.
Y para mejorar este proceso la técnica más óptima es: Diseño de experimentos de
Genichi Taguchi utilizando Minitab
Se determinó que el arreglo ortogonal seria de tres niveles y tres factores críticos que
nos ayudaran a identificar la corrida óptima.
(La granulometría fue un promedio general de la medida de la piedra que se obtenía
después del cribado,
El número de repeticiones de regado esta previamente definido las horas del mismo de
igual manera para todas y tamban la cantidad de agua debe ser uniforme para cada
prueba de 250 ml)
En el diseño de experimentos ideado por G.Taguchi Es necesario determinar las
causas que pueden provocar variaciones en un proceso Y esas causas ya están
determinadas la nula medición de elementos en la mezcla y por ello no se obtienen
rendimientos constantes sin embargo es un hecho que el sustrato y la vitamina ofrece
iguales o mejores resultados de crecimiento que en la tierra normal.
Arreglo ortogonal tres niveles, tres factores y 9 pruebas
FACTORES NIVELES
Granulometría 0.5cm 1cm 2cm
Tipo de vitamina polvo Liquido n/a
Número de repeticiones de
1 2 3 Regado
Diseño de investigación
Tipo de Estudio
En función al objetivo que pretende alcanzar esta investigación se identificó que un tipo
de estudio experimental es el que describe la investigación realizada.
Para la selección de un proceso adecuado y realizar la optimización de plantaciones,
se selecciona y combinan elementos significantes en una cantidad de pruebas
determinadas según el número de niveles o factores, y serán medidos en un tiempo
determinado y gracias a los resultados arrojados en las combinaciones el proceso
encontrara la corrida idónea que brindara ala variable de salida los requerimientos
deseados, a todo este proceso se denomina experimento ya que implica la
manipulación de distintas variables que, según se determina , constituyen la causa del
fenómeno que se pretende confirmar. Gracias a los experimentos, las teorías suelen
encontrar sustento fáctico y explicaciones reales.
Selección
de
instrumentos
Técnica o instrumento Aplicación
Minitab. Utilizamos el minitab para realizar funciones
avanzadas como es ANOVA y DOE
ANOVA Análisis de Varianza Permite contrastar la hipótesis nula de que el
crecimiento en centímetros de las plantas de moringa
o chile 0es igual utilizando tierra o sustrato, frente a la
hipótesis alternativa de que por lo menos una de las
poblaciones difiere de las demás en cuanto a su valor
esperado. Con un nivel de significancia de .05
DOE Diseño de Experimentos La parte fundamental de la metodología Taguchi es
la optimización de productos y procesos, a fin de
asegurar productos robustos, de alta calidad y bajo
costo.
Lo más importante es el diseño de parámetros cuyos
objetivos son:
Identificar qué factores afectan la característica de
calidad en cuanto a su magnitud y en cuanto a su
variabilidad.
Definir los niveles “óptimos” en que debe fijarse cada
parámetro o factor, a fin de optimizar la operación del
producto y hacerlo lo más robusto posible.
c) Identificar factores que no afectan
substancialmente la característica de calidad a fin de
liberar el control de estos factores y ahorrar costos de
pruebas.
Plan de recolección de información
Entrevista
¿Qué tipo de material utiliza comúnmente en las plantas?
¿Qué beneficios nota de este y porque?
¿Utiliza algún material extra?
¿Quién es su proveedor y porque?
¿Cada cuando lo compra y a que costo?
¿Conoce los beneficios que ofrece el sustrato a sus plantas?
¿Utiliza usted algún tipo de sustrato?
Cree necesario el uso del sustrato?
¿Qué beneficios espera que le ofrezca el sustrato?
Si existiera un material sustrato que le ofrezca beneficios a sus plantas ¿lo compraría?
Plan de análisis de datos
Se utilizan el software Minitab la herramienta estadística ANOVA para comprobar la
hipótesis de que el crecimiento de la planta moringa es independiente del tipo de tierra
o sustrato de la región (desecho del proceso del lavado del carbón)
El experimento se realiza sembrando en 5 macetas la planta moringa con tierra y 5
macetas la planta moringa con el sustrato del desecho del proceso del lavado del
carbón, bajo los mismos cuidados y monitoreándose durante 2 meses. Se mide en
centímetros el crecimiento de las plantas y el resultado es el siguiente
Muestra Con tierra Con desecho del carbón
1 40 43
2 40 42
3 33 36
4 42 40
5 36 39
Hipótesis:
Ho: El crecimiento de la planta moringa es independiente del tipo de tierra o sustrato
de la región (desecho del proceso del lavado del carbón)
Ha: El crecimiento de la planta moringa depende del tipo de tierra o sustrato de la
región (desecho del proceso del lavado del carbón)
Plan de presentación de datos
El Resultado de ANOVA
One-way ANOVA: centimeters versus C1 Analysis of Variance for centimet Source DF SS MS F P C1 1 8.1 8.1 0.78 0.402 Error 8 82.8 10.3 Total 9 90.9 Individual 95% CIs For Mean Based on Pooled StDev Level N Mean StDev -+---------+---------+---------+----- sustrato 5 40.000 2.739 (------------*------------) tierra 5 38.200 3.633 (------------*------------) -+---------+---------+---------+----- Pooled StDev = 3.217 35.0 37.5 40.0 42.5
Decisión
De acuerdo al Valor de F de tablas 5.32 contra el valor F calculado 0.78 se acepta Ho.
A pesar de que se observa un leve promedio mayor en el crecimiento de la planta
utilizando sustrato estadísticamente se afirma que el crecimiento de la planta moringa
es igual si se utiliza tierra o sustrato.
El siguiente paso será realizar pruebas utilizando el diseño de experimentos para
encontrar las condiciones óptimas de siembra en sustratos.
El paso siguiente es realizar el Diseño de experimentos de Genichi Taguchi
Después de comprobar que utilizando el desecho del proceso de lavado del carbón si
se podría utilizar como sustrato se decidió utilizar una herramienta de ingeniería de
calidad la cual buscará determinar cuáles son los factores en el proceso que causan
más beneficios a las plantas y encontramos que nuestra mejora al proceso va enfocado
a un término off line ya que forma parte del diseño de proceso.
Y para mejorar este proceso la técnica más óptima es: Diseño de experimentos de
Genichi Taguchi utilizando Minitab
Pasos para el DOE
1. El inicio de la mejora de este proceso es identificando la combinación de los
elementos idónea que ofrezca mayor rendimiento en la variable de salida: la
frondosidad mediante las pruebas estipuladas por el diseño de experimentos
como las que se muestran
2. Después de la medición de los resultados obtenidos resultara la corrida óptima
de la cual selecciona que material y en qué cantidad o característica brinda
mayores beneficios a nuestras plantas
Muestra
Para esta investigación fue necesario determinar el número de muestras a estudiar,
este dato se puede obtener gracias al previo selección de factores y niveles que
tendrán efecto en el diseño de experimentos en este caso fue
Conocer estos elementos nos permite encontrar la cantidad de muestras que
obtendremos gracias al arreglo ortogonal y auxiliados con un software estadístico
(minitab) obtenemos además de las combinaciones a realizar el número de muestras
es de 9 con un arreglo de
Arreglo ortogonal tres niveles,
tres factores 9 pruebas)
semana 1 tamaño
temperatura prom:
inicial (cm)
dia 1 2 3 4 5 6 7 tamaño
prueba 1
prueba 2
prueba 3
prueba 4
prueba 5
prueba 6
prueba 7
prueba 8
prueba 9
semana 2
temperatura prom:
dia 1 2 3 4 5 6 7 tamaño
prueba 1
prueba 2
prueba 3
prueba 4
prueba 5
prueba 6
prueba 7
prueba 8
prueba 9
semana 3
temperatura prom:
dia 1 2 3 4 5 6 7 tamaño
prueba 1
prueba 2
prueba 3
prueba 4
prueba 5
prueba 6
prueba 7
prueba 8
prueba 9
semana 4
temperatura prom:
dia 1 2 3 4 5 6 7 tamaño
prueba 1
prueba 2
prueba 3
prueba 4
Plantilla de recolección de medidas del experimento
Conclusión
La investigación nos ha llevado a definir estadísticamente en el análisis de Varianza
que se afirma que el crecimiento de la planta moringa es igual si se utiliza tierra o
sustrato.
El siguiente paso será realizar pruebas utilizando el diseño de experimentos para
encontrar las condiciones óptimas de siembra en sustratos.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidropon%C3%ADa#Historia
http://www.hortalizas.com/proteccion-de-cultivos/biorracional-organico/beneficios-adicionales-de-los-acidos-humicos/
http://www.elhuertourbano.net/abonos/fertilizantes-de-leonardita/
http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/tipo_sustratos.htm
prueba 5
prueba 6
prueba 7
prueba 8
prueba 9
