PRIMER CURSO NACIONAL DE SUSTRATOS

Colegio de PostgraduadosTexcoco, Estado de México

28 – 30 de Julio, 2010

MEZCLAS DE SUSTRATOS MEDIANTE

PROGRAMACION: PROPIEDADES Y

ASPECTOS ECONOMICOS

Dr. Víctor H. Volke Haller

Colegio de Postgraduadosvvolke@colpos.mx

FUNCIONES DE UN SUSTRATO PARA LAS PLANTAS • proveer agua (reservorio y aporte).

• proveer oxígeno a las raíces (para su respiración y actividad de absorción de agua y nutrimentos).

• proporcionar anclaje a las plantas (a través del sistema radical).

• permitir un buen desarrollo de las raíces.

• proveer nutrimentos: - por la descomposición de materiales orgánicos - como reservorio (por la CIC) y los nutrimentos disueltos en el agua.

Estas funciones están relacionadas con ciertas propiedades físicas, químicas y biológicas de los materiales que componen un sustrato.

ASPECTOS A CONSIDERAR EN LOS SUSTRATOS 1. Los materiales simples que van a dar origen a un sustrato, varían

en sus propiedades físicas, químicas y biológicas, relacionadas con sus funciones para la planta y el manejo del sustrato.

2. Las plantas y sus objetivos de producción varían en sus requerimientos de:

agua, oxígeno (aireación), anclaje, nutrición, volumen.

• además, las condiciones ambientales (radiación solar, temperatura, humedad relativa) afectan las necesidades de agua.

• en cuanto a las plantas, están involucradas las especies y variedades.

• en cuanto a los objetivos de la producción se tiene:

germinación de semillas

plántulas en almácigos

plantas en viveros (especies: forestales, frutícolas)

plantas para ornato y flor

producción de hortalizas

producción orgánica de hortalizas

3. existen materiales simples que pueden utilizarse como sustratos: turbas, fibra de coco, tezontle, etc.

4. en general, la mayoría de los materiales no son capaces de satisfacer por si solos las necesidades de las plantas y sus objetivos de producción, por tanto, es necesario utilizar mezclas de materiales para la obtención de sustratos.

5. en otros casos, también están involucrados los costos del material, que imposibilitan su uso, como con las turbas.

OBTENCION DE SUSTRATOS A PARTIR DE MEZCLAS DE MATERIALES

Para la obtención de sustratos a partir de mezclas de materiales se han seguido dos enfoques:

PRUEBA DE MEZCLAS

• para las distintas especies y objetivos de producción, con base en algún conocimiento de características de los materiales (porosidad, retención de agua, estabilidad biológica y física, calidad de cepellón, mojabilidad, etc.) y el costo.

• con este enfoque se han realizado innumerables trabajos sobre pruebas de mezclas, muchas de las cuales resultarán inadecuadas, lo que implica mayor tiempo y costo.

• también es poco eficiente para materiales nuevos, para los cuales existe escasa información sobre sus características

Ejemplo 1

Producción de portainjertos de cítricos en vivero. mezcla

compost vermi- turba tierra vega compost de río - - - - - - - - - - - - - - -- ( % ) -- - - - - - - - - - - - - -

1 12.5 - - 87.5 2 25.0 - - 75.0 3 50.0 - - 50.0 4 - 12.5 - 87.5 5 - 25.0 - 75.0 6 - 50.0 - 50.0 7 - - 12.5 87.5 8 - - 25.0 75.0 9 - - 50.0 50.0

10 - - - 100.0

Se probaron 10 mezclas: • en tres portainjertos (30 tratamientos) • con dos hongos micorrízicos (20 tratamientos).

(Andrade, 2008)

Ejemplo 2

Producción de plantas de ornato mezcla

material material orgánico

inorgánico proporción (30 %, v) (70 %, v)

1 piedra pómez polvo de coco (PC) - 2 compost jardinería (CJ) - 3 cascarilla arroz composteada (CAC) - 4 tierra de monte - 5 turba - 6 PC – CJ 1:1 7 PC – CPC (corteza de pino composteada) 1:1 8 PC – CAC 1:1 9 PC – arena (A) 1:1 10 CJ – A 1:1 11 CPC – CAC 1:1 12 CAC – A 1:1

Continuación. Ejemplo 2

Producción de plantas de ornato

mezcla

material material orgánico

inorgánico

proporción (30 %, v) (70 %, v)

1 tezontle polvo de coco (PC) -

12 CAC – A 1:1

Se probaron dos plantas de ornato (48 tratamientos)

Se determinaron propiedades físicas: ept = 54.1 – 80.4 % pa = 5.2 – 58.7 % ret. de agua = 16.0 – 66.2 %

(García, 1999)

Ejemplo 3

Producción de planta de ornato

mezcla

material orgánico (60 %, v)

material inorgánico (40 %, v)

tamaño de partícula (mm)

1 fibra de coco tezontle granel 2 3.36 3 1.0

4 piedra pómez granel 5 3.36 6 1.0

7 perlita granel 8 3.36 9 1.0

10 turba tezontle granel

18 perlita 1.0

más dos tratamientos adicionales

Se determinaron propiedades físicas: ept = 68.7–88.5 %; pa = 12.6–49.1 %; afd = 14.9–50.6 %; ar = 1.4–9.0 %.

(Anícua, 2008)

USO DE PROGRAMACION • el uso de programación en la elaboración de sustratos

permite definir a priori un número de mezclas factibles, en cuanto a que cumplan con los valores de propiedades de interés (dentro de cierto rango), y sean de mínimo costo; solo estas serán las mezclas a probar, de tal modo que se disminuye el tiempo y los costos.

• requisitos conocer propiedades de interés de los materiales (análisis de laboratorio): físicas, químicas y biológicas.

• problemas

- contracción de volumen de la mezcla, cuando los materiales

tienen distinta granulometría (el volumen de la mezcla es menor que la suma de los volúmenes de los materiales constitutivos).

- esto origina que las propiedades que se manejan en volumen,

difieran en la mezcla en relación a la media (ponderada) de sus valores en los materiales.

(se han desarrollado modelos sobre contracción de volumen; Burés (1997) presenta algunos ejemplos sobre contracción de volumen de mezclas: de 2 materiales con diferente tamaño de partícula, entre 3.8 y 6.1 %, y de 3 materiales, máxima de 12.2 %).

Otra fuente de contracción de volumen se deriva de la descomposición de los materiales orgánicos, que depende de su estabilidad; sin embargo, ella varía entre materiales, y aún dentro de un mismo tipo de material. Argo y Biernbaum (1996) encontraron contracciones de 8 % para fibra de coco y de 14 % para turba (principalmente después del primer riego). Sustaita (2009) encontró contracciones de 8.5 a 10.0 % para dos composts y de 5.5 para dos vermicomposts.

En la programación para la obtención de mezclas, se ha utilizado la “programación lineal” y se ha desarrollado un programa específico de optimización dentro del Programa SAS. PROGRAMACION LINEAL

- la PL es una técnica matemática que se utiliza para optimizar el uso de recursos, ya sea maximizando ingresos o minimizando costos, que ha sido aplicada para la obtención de mezclas factibles de sustratos.

investigadores que han trabajado con ella han sido Burés (1986, 1997), Zamora (2005) y Ríos (2010).

- sin embargo, aunque la PL es una técnica conocida, no es sencilla de manejar en el ámbito de la obtención de sustratos, y su uso en la práctica ha sido muy limitado.

PROGRAMA SAS - se ha desarrollado un procedimiento de optimización dentro del

Programa SAS (Cruz et al., 2010) para la obtención de mezclas factibles, a partir de cualquier número de materiales, conociendo sus propiedades de interés y el rango de valores deseados de ellas para la mezcla, y de mínimo costo.

El programa se alimenta con:

• los valores de las propiedades físicas y, dado el caso, químicas de los materiales, de interés para la mezcla, así como con los precios de los materiales.

• se especifica el rango de los valores de las propiedades a considerar para la mezcla.

• el programa calcula las combinaciones porcentuales (en valores múltiplos de 5 % o de 10 %) de los materiales que cumplan con el rango de variación de las propiedades consideradas para la mezcla.

• las combinaciones con más de tres materiales, con porcentajes menores de 15 % de un material, se pueden eliminar.

• se seleccionan las mezclas que presentan menores costos.

El programa se puede usar sin mayores problemas, pero requiere disponer del Programa SAS y contar con los análisis de las propiedades físicas y, dado el caso, químicas de los materiales, y conocer sus costos.

Si se tienen materiales de diferente tamaño de partículas, y se supone una contracción de volumen en la mezcla, en el programa se aumentan los valores del rango óptimo de las propiedades que disminuyan sus valores con la contracción, por ejemplo para la porosidad de aire:

• rango óptimo: 20-30 %

• valores a considerar en el programa: 22-33 %

BIBLIOGRAFIA Burés, S., X. Martínez F., M. Lorca. 1988. Preliminary study of the

application of parametric linear programming in formulation of substrate mixes. Acta Horticulturae 221: 141-152.

Burés, S. 1997. Sustratos. Ediciones Agrotecnia S.L. Madrid, España. 339 p.

Cruz C., E., M. Sandoval V., V. Volke H., V. Ordaz Ch., J. Sánchez E., J. Tirado T. 2010. Propiedades físicas y químicas de sustratos mediante un programa de optimización con SAS. Terra Latinoamericana (en prensa).

Ríos G., P. 2010. Automatización del riego con sustratos. Tesis de Maestría en Ciencias. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México, México. 160 p.

SAS Institute Inc. 1982. SAS User's Guide. Statistics. Cary, NC, USA. 584 p.

Sustaita R., R. 2009. Utilización de residuos de palma de sombrero (Brahea dulcis) como sustrato de cultivo. Tesis de Doctorado en Ciencias. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México, México. 86 p.

Zamora M., B.P. 2005. Formulación de mezclas de sustratos mediante programación lineal. Tesis de Doctorado en Ciencias. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México, México. 95 p.

EJEMPLO 1

materiales propiedades† costo

ept paa afd arr add moo - - - - - - - - - - - %, vol - - - - - - - - - - - % $ L-1

germinasa 93.0 15.5 36.3 10.8 30.4 94.0 1.77 vermicompost 64.9 23.3 10.2 8.9 27.1 65.3 2.00 tezontle 37.3 9.7 14.5 4.1 9.0 0.0 0.21 agrolita 82.5 27.1 18.0 14.3 23.1 0.0 1.00 compost 62.3 39.9 3.4 2.1 16.8 37.8 2.00 †ept = espacio poroso total paa = porosidad de aire afd = agua fácilmente disponible arr = agua de reserva add = agua difícilmente disponible moo = materia orgánica

Tamaño de partículas: 4.76 – 0.25 mm (Zamora, 2005)

rango de variables:

• ept: 70-80 %

• paa: 18-30 % → 20-33 %

• afd: > 20 %

• coto: < 2.00 $ L-1

otras variables: arr, moo

RESULTADOS

X1 = germinasa

X2 = vermicompost

X3 = tezontle

X4 = agrolita

X5 = compost

X1 X2 X3 X4 X5 ept paa afd arr moo coto 40 60 0 0 0 78.8 20.2 20.6 9.7 76.8 1.91

50 30 0 0 20 79.8 22.7 21.9 8.5 74.1 1.88

50 20 0 0 30 79.1 24.4 21.2 7.8 71.4 1.88

55 0 0 0 45 79.2 26.5 21.5 6.9 68.7 1.87 40 0 0 25 35 79.6 26.9 20.2 8.6 50.8 1.66

45 0 20 0 35 71.1 22.9 20.4 6.4 55.5 1.54

50 0 20 0 30 72.6 21.7 22.1 6.8 58.3 1.53

60 0 20 0 20 75.7 19.2 25.4 7.7 64.0 1.50

50 0 30 0 20 70.1 18.6 23.2 7.0 54.6 1.35

45 0 20 35 0 78.2 18.4 25.5 10.7 42.3 1.19

40 0 20 40 0 77.7 19.0 24.6 10.7 37.6 1.15

30 0 20 50 0 76.6 20.1 22.8 11.2 28.2 1.07

35 0 25 40 0 74.9 18.7 23.5 10.5 32.9 1.07 25 0 20 55 0 76.1 20.7 21.9 11.4 23.5 1.03

20 0 20 60 0 75.6 21.3 21.0 11.6 18.8 1.00

25 0 25 50 0 73.8 19.8 21.7 10.9 23.5 0.99

30 0 30 40 0 72.1 18.4 22.4 10.2 28.2 0.99

EJEMPLO 2

materiales propiedades† costo

ept paa afd arr moo $ L-1

- - - - - - - - - %, vol - - - - - - - - %

fibra de coco 91.7 22.0 32.6 12.8 94.0 1.77 arena 32.8 8.7 6.3 5.8 0.0 0.15 tezontle 48.3 20.3 14.3 2.6 0.0 0.20 agrolita 78.2 28.7 19.8 9.0 0.0 0.95 tepojal 82.0 20.8 1.0 1.1 0.0 0.21 †ept = espacio poroso total paa = porosidad de aire afd = agua fácilmente disponible arr = agua de reserva moo = materia orgánica

Tamaño de partículas: no indicado (Ríos, 2010)

rango de variables:

• ept: 60-75 %

• paa: 14-20 % → 15-22 %

• afd: 20-30 %

• coto: < 2.00

otra variable: moo

RESULTADOS

X1 = fibra de coco

X2 = arena

X3 = tezontle

X4 = agrolita

X5 = tepojal

X1 X2 X3 X4 X5 ept paa afd arr moo coto

70 30 0 0 0 74.0 17.4 24.7 10.7 65.8 1.28

65 35 0 0 0 71.1 16.6 23.4 10.3 61.1 1.20

60 25 15 0 0 70.4 17.9 23.3 9.5 56.4 1.13 60 40 0 0 0 68.1 15.9 22.1 10.0 56.4 1.12

50 35 0 15 0 69.0 17.6 21.5 9.8 47.0 1.08

55 25 20 0 0 68.3 17.8 22.4 9.0 51.7 1.05

55 30 15 0 0 67.5 17.1 22.0 9.1 51.7 1.04

55 45 0 0 0 65.2 15.1 20.8 9.6 51.7 1.04

45 35 0 20 0 68.4 18.0 20.8 9.6 42.3 1.03

45 40 0 15 0 66.1 16.9 20.2 9.4 42.3 1.00

50 25 25 0 0 66.1 17.7 21.4 8.5 47.0 1.00

50 30 20 0 0 65.3 17.1 21.0 8.6 47.0 1.00 50 35 15 0 0 64.6 16.4 20.6 8.8 47.0 1.00

45 25 30 0 0 63.9 17.7 20.5 8.0 42.3 0.90

45 30 25 0 0 63.2 17.0 20.1 8.1 42.3 0.90

EJEMPLO 3 materiales propiedades† costo

ept paa moo CIC me 100 g $ L3

tezontle 58.6 31.7 0.0 2.7 0.21 vermicompost 1 63.0 18.8 36.5 57.3 2.00 vermicompost 2 58.3 10.8 33.9 57.3 2.50 vermicompost 3 58.0 19.1 55.9 88.4 2.00 †ept = espacio poroso total paa = porosidad de aire moo = materia orgánica CIC = capacidad de intercambio de cationes Tamaño de partículas: > 2 mm

(Cruz et al., 2010)

rango de variables:

• ept: 60-75 %

• paa: 15-30 % → 17-33 %

• moo: 25-40 %

otras variables: CIC

RESULTADOS

X1 = tezontle

X2 = vermicompost, de estiércol bovino y desechos vegetales.

X3 = vermicompost de estiércol bovino

X4 = vermicompost de estiércol bovino y pulpa de café

X1 X2 X3 X4 ept paa moo cic coto 20 35 45 0 60.0 17.8 28.0 28.0 1.87

20 45 35 0 60.5 18.6 28.3 28.3 1.82 20 50 30 0 60.7 18.9 28.4 28.4 1.79

25 35 40 0 60.0 18.8 26.3 26.3 1.75

20 60 20 0 61.2 19.8 28.7 28.7 1.74

25 40 35 0 60.2 19.2 26.5 26.5 1.73

25 50 25 0 60.7 20.0 26.7 26.7 1.68

20 40 0 40 60.1 21.5 36.9 36.9 1.64

20 50 0 30 60.6 21.5 35.0 35.0 1.64

20 60 0 20 61.1 21.4 33.1 33.1 1.64

20 80 0 0 62.1 21.4 29.2 29.2 1.64 30 50 20 0 60.7 21.0 25.0 25.0 1.56

25 40 0 35 60.1 22.1 34.2 34.2 1.55

25 50 0 25 60.6 22.1 32.2 32.2 1.55

25 75 0 0 61.9 22.0 27.3 27.4 1.55

30 40 0 30 60.2 22.8 31.4 31.4 1.46

30 50 0 20 60.7 22.7 29.4 29.4 1.46

30 70 0 0 61.7 22.7 25.5 25.5 1.46

40 40 0 20 60.2 24.0 25.8 25.8 1.28