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Revista Chapingo. Serie horticultura
versión On-line ISSN 2007-4034versión impresa ISSN 1027-152X
Rev. Chapingo Ser.Hortic vol.27 no.3 Chapingo sep./dic. 2021 Epub 31-Ene-2022
https://doi.org/10.5154/r.rchsh.2021.01.002
Artículos científicos
Biocarbón de cascarilla de arroz como sustrato en el crecimiento de plántulas de pepino
1Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Av. Universidad, núm. 1001, Cuernavaca, Morelos, C. P. 62210, MÉXICO.
2Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías. Blvd. Marcelino García Barragán, núm. 1421, Esquina Calzada Olímpica, Guadalajara, Jalisco, C. P. 44430, MÉXICO.
3Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Carretera Villahermosa-Teapa km 25, Villahermosa, Tabasco, C. P. 86298, MÉXICO.
4Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias. Ramón Padilla Sánchez, núm. 2100, Nextipac, Zapopan, Jalisco, C. P. 45200, MÉXICO.
5Universidad Autónoma de Nayarit. Ciudad de la Cultura Amado Nervo, Blvd. Tepic-Xalisco s/n, Tepic, Nayarit, C. P. 63000, MÉXICO.
6Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Tonalá. Av. Nuevo Periférico, núm. 555, Ejido San José Tateposco, Tonalá, Jalisco, C. P. 48525, MÉXICO.
El biocarbón es un material rico en carbono derivado de residuos vegetales y que se obtiene mediante técnicas termoquímicas en un ambiente limitado de oxígeno o en ausencia de éste. El objetivo fue evaluar las propiedades físicas de mezclas de biocarbón de cascarilla de arroz como componente de sustrato y su efecto en el crecimiento de plántulas de pepino. Los tratamientos fueron: biocarbón de cascarilla de arroz (BC) y turba comercial (T; Sunshine mix 3), así como mezclas de ambos en diferentes proporciones (20:80, 40:60, 60:40 y 80:20 %, respectivamente). Para la caracterización física, se evaluó la granulometría, la densidad aparente, la porosidad total, la porosidad de aireación y la porosidad de humedad. Adicionalmente, se determinó la concentración nutrimental. Para evaluar el efecto del biocarbón en el crecimiento de plántulas de pepino se consideró la longitud de tallo, el peso fresco de biomasa aérea y de raíz, el área foliar, el peso seco de biomasa aérea y de raíz, y el contenido relativo de clorofila (lecturas SPAD). Se encontró que la adición de hasta 40 % de BC al medio de crecimiento universal (turba) no altera las propiedades físicas de porosidad total, porosidad de aireación y porosidad de retención de humedad; además, el crecimiento de plántulas de pepino en mezcla de BC al 20 % es similar en longitud de tallo, biomasa fresca, biomasa seca y área foliar a las plántulas cultivadas con 100 % de turba.
Palabras clave Cucumis sativus; carbonización hidrotérmica; medios de crecimiento; propiedades físicas y químicas; cultivo sin suelo
Biochar is a carbon-rich material derived from plant residues and obtained by thermochemical techniques in an oxygen-limited environment or in the absence of it. The aim was to evaluate the physical properties of mixtures of rice husk biochar as a substrate component and their effect on the growth of cucumber seedlings. The treatments were: rice husk biochar (BC) and commercial peat moss (T; Sunshine mix 3), as well as mixtures of both in different proportions (20:80, 40:60, 60:40 and 80:20 %, respectively). For physical characterization, particle size, bulk density, total porosity, aeration porosity and water-holding porosity were evaluated. Additionally, nutrient concentration was determined. To evaluate the effect of biochar on cucumber seedling growth, stem length, fresh weight of aerial and root biomass, leaf area, dry weight of aerial and root biomass, and relative chlorophyll content (SPAD readings) were considered. It was found that the addition of up to 40 % BC to the universal growth medium (peat moss) does not alter the physical properties of total porosity, aeration porosity, and water-holding porosity; furthermore, the growth of cucumber seedlings in a 20 % BC mixture is similar in stem length, fresh biomass, dry biomass and leaf area to seedlings grown with 100 % peat moss.
Keywords Cucumis sativus; hydrothermal carbonization; growing media; physical and chemical properties; soilless culture
Introducción
El biocarbón es un material rico en carbono derivado de residuos vegetales, el cual se obtiene mediante técnicas termoquímicas en un ambiente limitado de oxígeno o en ausencia de éste (Huang & Gu, 2019; Velázquez-Maldonado et al., 2019). Dicho material se genera principalmente con el fin de obtener beneficios como enmienda al suelo (Medina-Orozco & Medina-Orozco, 2017; Sánchez-Pilcorema, Condoy-Gorotiza, Sisalima-Morales, Barrezueta- Unda, & Jaramillo-Aguilar, 2020), aumento en la productividad de cultivos (Escalante-Rebolledo et al., 2016; Zahid, Iftikhar, Ahmad, & Gul, 2018), mejora en la tasa de colonización de hongos micorrícicos e incremento en la actividad microbiana (Singh, Singh, & Purakayastha, 2019; Zhang et al., 2016). Asimismo, se ha reportado el uso de biocarbón en la producción de plántulas (Iglesias-Abad, Alvarez-Vera, Vázquez, & Salas-Macías, 2020) y en la producción de cultivos en contenedor (Blok et al., 2017; Guo, Niu, Starman, Volder, & Gu, 2018; Huang & Gu, 2019).
Varios estudios reportan que las características físicas y químicas del biocarbón dependen principalmente de la materia prima, técnica empleada, intervalo de calentamiento, temperatura y presión del reactor (Escalante-Rebolledo et al., 2016). Por lo tanto, es importante caracterizar las propiedades físicas y químicas del biocarbón con la finalidad de explicar sus efectos al utilizarlo como enmienda al suelo o como alternativa para disminuir el uso de turba como sustrato.
Se ha comprobado que el biocarbón actúa como un mejorador potencial tanto del suelo como de los sustratos, ya que su adición afecta positivamente algunas propiedades físicas y químicas. En este sentido, Alburquerque et al. (2014) y Mathias-Schlegel, Ibrahim, Kipping-Rössel, Ortiz-Laurel, y Fras (2018) reportan que el biocarbón reduce la densidad aparente e incrementa la porosidad total y la capacidad de retención de agua del suelo (Blanco-Canqui, 2017; Wacal et al., 2019) y de los sustratos (Blok et al., 2017), lo que favorece el desarrollo y crecimiento de las plántulas. Las interacciones entre propiedades físicas y químicas determinan la fertilidad del sustrato o medio de crecimiento. Dichas interacciones pueden ser modificadas con la adición del biocarbón y favorecer el crecimiento de las plantas (Sánchez-Reinoso, Ávila-Pedraza, & Restrepo-Díaz, 2020).
Una de las principales funciones de los sustratos o medios de crecimiento utilizados en la producción de plántulas es proveer de soporte físico, así como proporcionar un balance adecuado de aire, agua y nutrimentos para el apropiado crecimiento de las raíces (Pire & Pereira, 2003). Las características físicas (como porosidad de aireación y capacidad de retención de humedad) y químicas (pH, capacidad de intercambio catiónico y concentración de nutrimentos) de un sustrato influyen en el crecimiento y el funcionamiento de las raíces, por lo que pueden afectar de manera positiva o negativa la calidad de plántulas (García, Alcántar, Cabrera, Gavi, & Volke, 2001). En México, no hay investigaciones sobre el efecto del biocarbón en la producción de plántulas de especies hortícolas. Por ello, el objetivo de este trabajo fue evaluar las propiedades físicas de mezclas de biocarbón de cascarilla de arroz (BC) como componente de sustrato y su efecto en el crecimiento de plántulas de pepino.
Materiales y métodos
El trabajo de investigación se dividió en dos etapas: 1) etapa de laboratorio, la cual consistió en la caracterización física del BC, la turba y la mezcla de ambos materiales, así como la evaluación de la concentración nutrimental de los materiales individuales (BC y turba), y 2) etapa de invernadero, en la cual se evaluaron los materiales individuales y mezclas de ellos en el crecimiento de plántulas de pepino.
Elaboración de biocarbón
Para elaborar el BC se utilizó cascarilla de arroz obtenida de un molino comercial de Cuautla, Morelos, de la cosecha primavera-verano de 2019. La técnica empleada para su elaboración fue la de carbonización hidrotérmica (HTC, por sus siglas en inglés) a 200 °C con ácido cítrico al 10 % como catalizador (Velázquez-Maldonado et al., 2019).
Tratamientos
Los materiales individuales utilizados fueron: biocarbón de cascarilla de arroz (BC) y turba comercial (T; Sunshine mix 3), los cuales se mezclaron bajo diferentes proporciones: 20:80, 40:60, 60:40 y 80:20 % (v/v), respectivamente. Los tratamientos se designaron como: T1 = turba (testigo), T2 = BC, T3 = mezcla 20:80 %, T4 = mezcla 40:60 %, T5 = mezcla 60:40 % y T6 = mezcla 80:20 %.
Caracterización física
Granulometría. En una tamizadora eléctrica (MONTINOX®), con tamices (FIC®) número 8, 10, 12, 16, 20 y 50 (2.38, 1.68, 1.41, 1.15, 0.86 y 0.24 mm de abertura, respectivamente), se colocó una muestra compuesta de 800 cm3 de cada tratamiento durante 3 min; posteriormente, se pesó el material retenido en cada tamiz y se calculó el porcentaje por tamaño de partícula.
Densidad aparente (DA). Para esta determinación se utilizaron permeámetros de poliestireno con capacidad de 232 mL. Las muestras se saturaron con agua corriente por 24 h, se colocaron en los permeámetros y se secaron en una estufa a 65 °C hasta peso constante (Gayosso-Rodríguez, Villanueva-Couoh, Estrada-Botello, & Garruña, 2018b).
La porosidad total (PT), la porosidad de aireación (PA) y la porosidad de retención de humedad (PRH) se determinaron mediante el procedimiento descrito por Landis, Tinus, McDonald, y Barnett (1990).
Concentración nutrimental
A los materiales individuales (biocarbón y turba) se les determinó el N con el método micro Kjeldahl y el P con amarillo de molibdato vanato. El contenido total de K, Ca y Na se obtuvo mediante la técnica de flamometría, y el Mg total por espectrofotometría de absorción atómica según la norma oficial mexicana PROY-NOM-021-RECNAT-2000 (Diario Oficial de la Federación [DOF], 2000).
Crecimiento de plántulas
El experimento se desarrolló en junio de 2019 en un invernadero tipo túnel de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, ubicada en Cuernavaca, Morelos, México (18° 58’ 51” latitud norte y 99° 13’ 55” longitud oeste, a 1,866 m s. n. m.). La temperatura y la humedad relativa se monitorearon con un registrador de datos ambientales (U12, Hobo®). La temperatura promedio del invernadero fue de 28.5 °C y la humedad relativa promedio de 65 %. Los tratamientos se evaluaron en plántulas de pepino tipo americano ‘Thunderbird’ (Seminis®) en charolas de germinación de poliestireno de 200 cavidades con capacidad de 20.5 mL. Las plántulas se regaron con agua purificada por ósmosis inversa.
A los 23 días después de la siembra, se midió la longitud de tallo (LT), el peso fresco de biomasa aérea (PFBA), el peso fresco de biomasa de raíz (PFBR), el área foliar (AF), el peso seco de biomasa aérea (PSBA), el peso seco de biomasa de raíz (PSBR) y el contenido relativo de clorofila. El PFBA y PFBR se midieron con una báscula (Ohaus®), y el AF con un medidor de área foliar (LI-3100C, LI-COR®, EUA). Para el PSBA y el PSBR se utilizó una estufa de aire circulante (Pro1002498, Luzeren®) a 70 °C hasta peso constante, y para determinar el contenido de clorofila (lecturas SPAD) se utilizó un medidor portátil de SPAD (502 Plus, Minolta®).
Diseño experimental y análisis estadístico
En la primera etapa, se utilizó un diseño completamente al azar con tres repeticiones para determinar las propiedades físicas y químicas de las mezclas de los sustratos evaluados. En la segunda etapa, se utilizó un diseño experimental de bloques al azar con seis repeticiones y diez plántulas como unidad experimental. Para asegurar la normalidad, los datos expresados en porcentaje se transformaron con la raíz cuadrada del arcoseno. Con excepción de los datos de las variables de propiedades físicas de los sustratos, los datos se sometieron a un análisis de varianza y, cuando hubo diferencias estadísticas, se realizó una comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05). Asimismo, para determinar si las propiedades físicas de los sustratos tuvieron relación con el crecimiento de las plántulas, se realizó un análisis de correlación de Pearson con 18 número de pares de valores y se reportaron las correlaciones significativas (P ≤ 0.05), esto mediante el programa SAS (SAS Institute, 2004).
Resultados y discusión
Propiedades físicas
En relación con los porcentajes acumulados de tamaño de partículas de hasta 0.86 mm, el T3 (mezcla 20:80) presentó el mayor valor (63.31 %), mientras que el T1 (turba) tuvo el valor más bajo (41.44 %) (Cuadro 1). En tamaños de 0.86 hasta 2.38 mm, la mayor distribución de partículas se concentró en el T2 (BC) con 55.26 %, y el T3 presentó la menor distribución (32.38 %). El mayor porcentaje de partículas con tamaño superior a 2.38 mm lo tuvo el T1 (7.74 %), y el menor valor lo presentó el T2 (0.50 %). Es importante señalar que los reportes sobre granulometría de BC son escasos; sin embargo, los valores del presente estudio contrastan con los reportados por Pérez-Salas, Tapia-Fernández, Soto, y Benjamin (2013) en biocarbón de melina (Gmelina arborea), ya que obtuvieron una mayor distribución de partículas de 0.24 a 0.84 mm con 57 %, seguido de 23 % de partículas mayores a 2 mm y 20 % de partículas menores a 2 mm. Lo anterior se puede deber a la composición del material vegetal empleado y al proceso de elaboración del biocarbón.
Cuadro 1 Distribución granulométrica (porcentual con base en peso) en mezclas de turba (T) y biocarbón de cascarilla de arroz (BC).
Tratamientos | Tamaño de partículas (mm) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
< 0.24 | 0.24 - 0.86 | 0.86 - 1.15 | 1.15 - 1.68 | 1.68 - 2.38 | > 2.38 | |
T1 (T) | 7.50 | 33.94 | 19.45 | 21.8 | 9.54 | 7.74 |
T2 (BC) | 7.31 | 36.90 | 20.16 | 30.7 | 4.40 | 0.50 |
T3 (BC:T, 20:80) | 23.99 | 39.32 | 12.08 | 16.4 | 3.90 | 4.35 |
T4 (BC:T, 40:60) | 19.62 | 38.26 | 13.31 | 20.5 | 4.39 | 3.88 |
T5 (BC:T, 60:40) | 16.60 | 37.78 | 14.71 | 24.4 | 3.88 | 2.65 |
T6 (BC:T, 80:20) | 11.96 | 34.69 | 16.17 | 30.0 | 5.47 | 1.67 |
Cabrera (1999) menciona que los componentes de sustratos o mezclas deben estar conformados por partículas con tamaños de 0.5 a 4 mm, con un porcentaje ≤ 20 % para tamaños ≤ 0.5 mm, ≥ 60 % en tamaños de 0.5 a 2 mm y ≤ 20 % en tamaños > 2 mm. Por su parte, Gayosso-Rodríguez, Borges-Gómez, Villanueva-Couoh, Estrada-Botello, y Garruña (2018a) señalan que porcentajes mayores a 20 % en partículas con tamaños ≤ 0.5 mm afectan la capacidad de aireación en los sustratos debido a que ésta disminuye con el tamaño de partícula.
En general, se observó que la distribución de partículas se vio afectada por la combinación de ambos materiales. Es decir, al disminuir la proporción de BC, los porcentajes acumulados de partículas < 0.86 mm y > 2.38 mm aumentaron, mientras que partículas en un rango de 0.86 a 2.38 aumentaron al incrementar la proporción de BC.
La PT aumentó al disminuir el contenido de BC en la mezcla. Los tratamientos T1, T3 y T4 fueron significativamente diferentes (P ≤ 0.05) al resto de los tratamientos en PT y PRH (Cuadro 2). Aunque no se observaron diferencias estadísticas entre T5, T6 y T2, este último presentó los valores más bajos de PT y PRH (76.25 y 63.23 %, respectivamente). Los resultados del presente estudio fueron más altos a los reportados por Webber, White, Spaunhorst, Lima, y Petrie (2018), quienes en mezclas de turba (Sun Gro Horticulture) y biocarbón de bagazo de caña (25:75, 50:50 y 75:25 %) observaron que el espacio poroso osciló de 73.13 a 76.79 %, obteniendo el mayor espacio poroso con la mezcla más baja de biocarbón. Webber, White, Spaunhorst, y Petrie (2017) mencionan que el espacio poroso osciló de 59.98 a 64.56 % con mezclas de turba (Sun Gro Horticulture) y cenizas de bagazo de caña (25:75, 50:50 y 75:25). Respecto a la PA, los resultados oscilaron entre 12.87 y 15.62 %, sin diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre tratamientos.
Cuadro 2 Comparación de medias de las propiedades físicas de la turba (T), el biocarbón de cascarilla de arroz (BC) y la mezcla de ambos.
Tratamientos | PT | PA | PRH | DA (g·cm-3) |
---|---|---|---|---|
(%) | ||||
T1 (T) | 87.29 az | 15.44 a | 71.85 a | 0.11 d |
T2 (BC) | 76.25 b | 13.01 a | 63.23 b | 0.20 a |
T3 (BC:T, 20:80) | 86.25 a | 15.62 a | 70.62 a | 0.12 c |
T4 (BC:T, 40:60) | 85.07 a | 13.01 a | 72.05 a | 0.15 c |
T5 (BC:T, 60:40) | 78.35 b | 12.87 a | 65.48 ab | 0.17 b |
T6 (BC:T, 80:20) | 77.98 b | 13.90 a | 64.09 b | 0.20 a |
CV | 1.32 | 7.96 | 1.76 | 4.51 |
CV = coeficiente de variación; PT = porosidad total; PA = porosidad de aireación; PRH = porosidad de retención de humedad; DA = densidad aparente. zMedias con la misma letra dentro de cada columna no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05).
En relación con la PT en sustratos orgánicos, Morales-Maldonado y Casanova-Lugo (2015) mencionan que ésta debe ser mayor a 85 %. En este estudio, los tratamientos T3 y T4 cumplen con dicha recomendación, lo cual genera un equilibrio entre la relación agua-aire (PA y PRH). Por otra parte, los tratamientos T1, T3 y T4 presentaron diferencias significativas en la PRH en comparación con T2 y T6. En este sentido, Webber et al. (2017) señalan que al disminuir los porcentajes de cenizas de bagazo de caña de azúcar en mezcla con turba (Sun Gro Horticulture) (75:25 % turba:cenizas) se obtiene el mayor espacio poroso, saturación de agua y capacidad de campo. En contraste, Webber et al. (2018) reportaron que la mezcla 75:25 % de turba:biocarbón de bagazo de caña de azúcar aumentó el espacio poroso, pero disminuyó las propiedades de saturación de agua y capacidad de campo en los sustratos.
La retención de agua en un sustrato no sólo está determinada por la granulometría, sino también por el acomodo, forma y compactación de las partículas, ya que generan diferentes tipos de poros (Gutiérrez-Castorena, Hernández-Escobar, Ortiz-Solorio, Anicua-Sánchez, & Hernández-Lara, 2011). Por ello, partículas > 1 mm favorecen la formación de poros de mayor tamaño (Morales-Maldonado & Casanova-Lugo, 2015), y en este estudio la turba fue el material con mayor cantidad de partículas > 1 mm, por lo que al incrementar la proporción de turba en la mezcla también aumentó la PT. Los poros grandes permiten el acomodo de partículas pequeñas intra e interpartícula, lo cual genera poros de menor tamaño que contribuyen a la conservación de agua (Anicua-Sánchez et al., 2009).
La mayoría de las investigaciones relacionadas con biocarbón se enfocan en el contenido de humedad, cenizas, carbono fijo, volatilidad y área de superficie como propiedades físicas (Ding et al., 2017; Herrera et al., 2018; Rodríguez, Lemos, Trujillo, Amaya, & Ramos, 2019). No obstante, Webber et al. (2018, 2017) reportan propiedades físicas como porosidad total, saturación de agua y capacidad de campo en biocarbón de bagazo de caña de azúcar y cenizas de bagazo de caña de azúcar mezclado con turba (Sun Gro Horticulture) en diferentes porcentajes (0, 25, 50, 75 y 100 %).
Respecto de la DA, se encontraron diferencias (P ≤ 0.05) entre los tratamientos; el T2 y T6 presentaron la mayor DA con 0.20 g·cm-3, mientras que la turba (T1) mostró el menor valor con 0.11 g·cm-3. Pratiwi, Hillary, Fukuda, y Shinogi (2016) obtuvieron resultados aproximados a 0.18 g·cm-3 en biocarbón de cascarilla de arroz. Por otra parte, Alburquerque et al. (2014) reportaron una DA de 0.19, 0.25, 0.66, 0.72 y 0.74 g·cm-3 en diferentes biocarbones elaborados a partir de paja de trigo, astillas de pino, podas de olivo, hueso de aceitunas y cáscara de almendras, respectivamente. Webber et al. (2018), en biocarbón de bagazo de caña de azúcar, obtuvieron una baja DA (0.11 g·cm-3); sin embargo, la turba (Sun Gro Horticulture) presentó una DA de 0.11 g·cm-3, igual a la encontrada en este estudio. Es importante considerar la DA, ya que, además del efecto que puede tener en el crecimiento de plantas, puede resultar en el aumento de los costos de transporte y manejo (Cabrera, 1999). Una DA baja es deseable para facilitar las labores de manipulación y transporte de las charolas de germinación (Bracho, Pierre, & Quiroz, 2009).
Concentración nutrimental
Se encontraron diferencias (P ≤ 0.05) en la concentración nutrimental de la turba y el BC en N, K, Ca, Mg y Na (Cuadro 3). Se observó que la mayor concentración de los elementos nutrimentales se encontró en la turba; con excepción del P, el cual no tuvo diferencias significativas. Estos resultados se pueden deber a la composición química de la turba, ya que está adicionada con dolomita agrícola, que aporta Ca y Mg, e incrementa la disponibilidad de nutrimentos como N, P y Ca (Calva & Espinosa, 2017).
Cuadro 3 Comparación de medias de la concentración nutrimental de la turba y el biocarbón de cascarilla de arroz.
Tratamientos | N (%) | P | K | Ca | Mg | Na |
---|---|---|---|---|---|---|
(mg·kg-1) | ||||||
Turba | 0.93 az | 1971.53 a | 12559.30 a | 7541.10 a | 24705.27 a | 1208.89 a |
Biocarbón | 0.78 b | 1993.23 a | 3303.10 b | 2218.41 b | 6887.09 b | 835.58 b |
CV | 5.56 | 5.84 | 13.18 | 13.63 | 7.50 | 9.13 |
DMSH | 0.11 | 262.64 | 2369.80 | 1508.30 | 2687.10 | 211.57 |
CV = coeficiente de variación; DMSH = diferencia mínima significativa honesta. zMedias con la misma letra dentro de cada columna no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05).
El contenido nutrimental del BC fue superior al reportado por Velázquez-Maldonado et al. (2019) (con valores de 0.32 % de N, 504 mg·kg-1 de P, 1,117 mg·kg-1 de K y 983 mg·kg-1 de Mg), excepto en Ca (10,988 mg·kg-1). Aunque la cascarilla de arroz utilizada en ambos trabajos fue extraída de la misma región de Cuautla, la cosecha de ésta se realizó en diferentes años, lo cual pudo haber influido en el contenido nutrimental de los biocarbones. Por otra parte, los resultados obtenidos fueron superados por los reportados por Cho et al. (2017): 12,050 mg·kg-1 de P, 15,800 mg·kg-1 de Ca, 10,380 mg·kg-1 de Mg y 7,340 mg·kg-1 de Na, a excepción del contenido de N y K. En este caso, el biocarbón se elaboró en un tostador de madera en un rango de 200 a 250 °C.
Las diferencias en las concentraciones nutrimentales de los biocarbones pudieran estar influenciadas por la técnica y la temperatura utilizadas en su elaboración. Al respecto, Bethancourt, James, Villarreal, y Marin-Calvo (2019) mencionan que al aumentar la temperatura de 714 a 935 °C, en la técnica de gasificación, la concentración nutrimental del biocarbón incrementó de 0.30 a 0.50 % en N, de 6,000 a 10,000 mg·kg-1 en P, de 8,000 a 10,000 mg·kg-1 en K y de 236.7 a 524.0 mg·L-1 en Mn. Por lo anterior, se puede decir que las propiedades de los biocarbones también son afectadas por las técnicas de elaboración, materias primas, intervalos de calor, temperatura, presión del reactor y uso de catalizadores (Bento et al., 2019; Escalante-Rebolledo et al., 2016; Huang & Gu, 2019).
Crecimiento de plántulas
El crecimiento de las plántulas de pepino en los tratamientos T1 y T3 fue superior (P ≤ 0.05) al resto de los tratamientos (Cuadro 4), con un incremento de 81.65 y 84.81 % en LT, de 136.61 y 119.44 % en PFBA, de 106.96 y 105.90 % en AF, y de 166.99 y 145.08 % en PSBA, respectivamente. Por su parte, las plántulas bajo el tratamiento T2 presentaron los valores más bajos en todas las variables evaluadas.
Cuadro 4 Comparación de medias del efecto de la turba (T) y el biocarbón de cascarilla de arroz (BC) en el crecimiento de plántulas de pepino.
Tratamientos | LT (cm) | PFBA (mg) | AF (cm2) | PSBA(mg) | PSBR (mg) | SPAD |
---|---|---|---|---|---|---|
T1 (T) | 2.87 az | 902.67 a | 9.81 a | 176.67 a | 40.83 ab | 38.38 a |
T2 (BC) | 1.58 d | 381.50 d | 4.74 b | 66.17 d | 23.67 c | 38.96 a |
T3 (BC:T, 20:80) | 2.92 a | 837.17 a | 9.76 a | 162.17 a | 51.00 a | 42.38 a |
T4 (BC:T, 40:60) | 2.25 b | 657.33 b | 6.84 b | 122.83 b | 50.17 a | 42.08 a |
T5 (BC:T, 60:40) | 2.15 bc | 550.17 bc | 6.58 b | 102.00 bc | 43.67 ab | 41.65 a |
T6 (BC:T, 80:20) | 1.93 c | 442.83 cd | 5.66 b | 85.33 cd | 34.67 b | 41.98 a |
CV | 6.26 | 13.41 | 4.18 | 14.91 | 14.35 | 6.76 |
DMSH | 0.25 | 148.04 | 2.31 | 31.22 | 10.25 | 4.85 |
LT = longitud de tallo; PFBA = peso fresco de biomasa aérea; AF = área foliar; PSBA = peso seco de biomasa aérea; PSBR = peso seco de biomasa de raíz; CV = coeficiente de variación; DMSH = diferencia mínima significativa honesta. zMedias con la misma letra dentro de cada columna no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05).
Cho et al. (2017) encontraron mayor altura de plántulas y mayor peso seco de raíz, tallo y hojas en Zelkova serrata con biocarbón de cascarilla de arroz al 20 % mezclado con suelo más fertilización. Estos autores atribuyeron sus resultados a las propiedades físicas y químicas del biocarbón. Araméndiz-Tatis, Cardona-Ayala, y Correa-Álvarez (2013) reportaron, en plántulas de berenjena, que al utilizar tres mezclas de cascarilla de arroz cruda, en diferentes combinaciones con aluvión, lombricomposta y gallinaza (50:50:0:0, 40:40:20:0 y 40:40:0:20 %, respectivamente), los tratamientos con mayor cascarilla de arroz registraron los valores más bajos en las variables de crecimiento y producción de biomasa.
En PSBR, el valor más alto se obtuvo con el tratamiento T3 (51 mg), y el valor más bajo, con el T2 (23.67 mg). Estos resultados se pueden deber a las propiedades físicas y químicas del BC (Cuadros 1, 2 y 3). Respecto a las unidades SPAD en hojas, no se encontraron diferencias significativas.
Análisis de correlación
En el Cuadro 5 se muestra el resumen de las variables con mayor asociación, en donde se detectaron correlaciones positivas (P ≤ 0.01) entre PT-LT, PT-PFBA, PT-AF, PT-PSBA, PRH-LT, PRH-PFBA, PRH-AF y PRH-PSBA. Se observó que los tratamientos T1 y T3 tuvieron mayor PT, por lo que presentaron mayor capacidad de retención de humedad y menor densidad; características que favorecieron el crecimiento y el desarrollo de las plántulas. Asimismo, se detectó una correlación positiva (P ≤ 0.05) entre PA-PSBA.
Cuadro 5 Correlaciones lineales (r) entre propiedades físicas del suelo y variables de crecimiento de plántulas de pepino.
Variables | Coeficiente de correlación (n = 18) |
---|---|
Porosidad total - Longitud de tallo | 0.82** |
Porosidad total - Peso fresco de biomasa aérea | 0.83** |
Porosidad total - Área foliar | 0.67** |
Porosidad total - Peso seco de biomasa aérea | 0.81** |
Porosidad total - Peso seco de biomasa de raíz | 0.56* |
Porosidad de aireación - Peso fresco de biomasa aérea | 0.58* |
Porosidad de aireación - Peso seco de biomasa aérea | 0.60** |
Porosidad de retención de humedad - Longitud de tallo | 0.73** |
Porosidad de retención de humedad - Peso fresco de biomasa aérea | 0.65** |
Porosidad de retención de humedad - Área foliar | 0.66** |
Porosidad de retención de humedad - Peso seco de biomasa aérea | 0.61** |
Porosidad de retención de humedad - Peso seco de biomasa de raíz | 0.58* |
Densidad aparente - Longitud de tallo | -0.84** |
Densidad aparente - Peso fresco de biomasa aérea | -0.90** |
Densidad aparente - Área foliar | -0.84** |
Densidad aparente - Peso seco de biomasa aérea | -0.91** |
Densidad aparente - Peso seco de biomasa de raíz | -0.66** |
*, ** = significativo para P ≤ 0.05 y P ≤ 0.01, respectivamente; n = número de pares de valores en la correlación.
Por otro lado, se detectaron correlaciones negativas (P ≤ 0.01) en DA-LT, DA-PFBA, DA-AF, DA-PSBA y DA-PSBR (Cuadro 5). Los tratamientos T1 y T3 presentaron valores bajos en DA, pero exhibieron plantas con mayor LT, PFBA, PSBA y PSBR. Esto indica que la DA de 0.20 g·cm-3 tiene un impacto negativo en el crecimiento y desarrollo de la planta. Al respecto, Gayosso-Rodríguez, Borges-Gómez, Villanueva-Couoh, Estrada-Botello, y Garruña-Hernández (2016) señalan que la densidad de un sustrato es diversa, y que de ésta dependen la porosidad y el movimiento del agua.
Conclusiones
La adición de hasta 40 % de biocarbón de cascarilla de arroz al medio de crecimiento universal (turba) no altera las propiedades físicas (porosidad total, porosidad de aireación y porosidad de retención de humedad). El crecimiento de plántulas de pepino con mezcla de biocarbón al 20 % es similar en longitud de tallo, biomasa fresca, biomasa seca y área foliar con respecto a las plántulas cultivadas bajo 100 % de turba comercial; es decir, el biocarbón de cascarilla de arroz puede ser una alternativa para remplazar, parcialmente, la turba comercial en la producción de plántulas de pepino.
Agradecimientos
El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada para sus estudios de Doctorado (becario: 243072; CVU: 260303) en Ciencias Agropecuarias y Desarrollo Rural.
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Recibido: 10 de Enero de 2021; Aprobado: 27 de Marzo de 2021