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Agrociencia

versión On-line ISSN 2521-9766versión impresa ISSN 1405-3195

Agrociencia vol.52 no.4 México may./jun. 2018

 

Recursos Naturales Renovables

Caracterización física y química de materiales orgánicos para sustratos agrícolas

Salomé Gayosso-Rodríguez1 

Lizette Borges-Gómez1 

Eduardo Villanueva-Couoh1  * 

Maximiano A. Estrada-Botello2 

René Garruña1 

1 Instituto Tecnológico de Conkal, Avenida Tecnológico s/n. 9345. Conkal, Yucatán, México. (e_couoh@hotmail.com)

2 División Académica de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km 25 carretera Villahermosa-Teapa.

Resumen

Algunos sustratos usados para producir plantas en contenedor son costosos y se extraen de ecosistemas naturales. Los materiales alternativos deben ser económicos e inocuos. En Yucatán, México, existen materiales orgánicos con potencial como sustratos para contenedor. El objetivo de esta investigación fue evaluar las propiedades físicas y químicas de aserrín de pino (Pinus sp.) (≤2), viruta de pino (≤5 y ≤10 mm), fibra de coco (Cocos nucifera L.) (≤5 y ≤10 mm), sargazo (Sargassum sp.) (≤5 y ≤10 mm), bagazo de henequén (Agave fourcroydes Lem.) (≤10 mm) y hoja de ‘dzidzilche’ (Gimmopodium floribundum Rolfe) (≤10 mm), que pueden estar disponibles en la región. El diseño experimental fue completamente al azar, con nueve tratamientos y tres repeticiones. Las variables evaluadas fueron diámetro medio de partícula, densidad aparente, porosidad total, porosidad de aireación, porosidad de retención de agua, mojabilidad, pH, conductividad eléctrica, materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico, concentración de N y contenidos de C, K+, Ca2+, Mg2+ y Na+. Además, curvas de retención de humedad se elaboraron y la actividad biológica se midió. El aserrín de pino, la fibra de coco y el sargazo, con tamaños de partículas ≤5 mm, tuvieron alrededor de 30 % de porosidad para aireación y superaron 50 % la porosidad para retención de agua. El aserrín y la viruta de pino retuvieron entre 24 y 40 % de agua totalmente disponible. Los materiales tuvieron pH cercano a 7 y conductividad eléctrica ≤1.5 dS m-1. El contenido de N, P, K+ y Ca2+ en bagazo de henequén y hoja de dzidzilche estuvieron en el intervalo sugerido para un sustrato ideal. Por lo tanto, el aserrín, el bagazo de henequén, la hoja de dzilzidche, la fibra de coco y la viruta de pino en partículas ≤5 mm tienen características para ser componentes de sustratos.

Palabras clave: Agave fourcroydes Lem.; curvas de retención; Gimmopodium floribundum Rolfe.; Sargassum sp.; sustratos alternativos; tamaño de partículas

Introducción

En México la tierra de monte y la turba (musgo del género Sphagnum) son los sustratos principales para la producción de plantas de ornato. La sobreexplotación de estos recursos provoca problemas de erosión y deterioro de los ecosistemas. Por lo que, sustratos alternativos, que cumplan con las funciones de soporte y nutrición, son necesarios. Estos deberán estar disponibles, ser económicos y su uso no debe afectar el ambiente (Urrestarazu, 2013). Algunos países han promovido la reutilización, reciclaje y valorización de materiales orgánicos disponibles localmente como sustratos en el cultivo de plantas en contenedor (Valenzuela et al., 2014; Gayosso et al., 2016a).

En Yucatán, México, hay variedad de residuos agropecuarios y agroindustriales durante todo el año, que podrían aprovecharse como sustratos para producir plantas en contenedor. Algunos de ellos son: bagazo de henequén (Agave fourcroydes Lem.), hoja de ‘dzidzilche’ (Gimmopodium floribundum Rolfe), fibra de coco (Cocos nucifera L.), sargazo (Sargassum sp.) y residuos de madera de pino (Pinus sp.) (Borges, 1998). El bagazo de henequén es un desecho en la desfibración de las pencas del agave henequenero. El ‘dzidzilche’ es una especie vegetal nativa de Mesoamérica, de la familia Polygonaceae, distribuida naturalmente en Yucatán. Ambas especies son componentes de sustratos hortícolas en hortalizas y en semilleros (Borges, 1998; Villanueva et al., 2010). La fibra de coco se utilizó como sustrato en los años ochenta y es uno de los dos sustratos más usados en el norte de Europa (Blok y Urrestarazu, 2010). El sargazo es una alga que arriba cada año a la zona costera de Yucatán y se usa como componente de compost para cultivar hortalizas y ornamentales en otros países (Phool, 1999). El aserrín de madera de pino es residuo del corte de la madera y la fabricación de muebles; en combinación con otros materiales se ha evaluado como sustrato para producir plántulas de especies forestales y los resultados son favorables (Mateo et al., 2011). La caracterización física, química y biológica de los materiales para esos fines deben conocerse, antes de usarlos para cultivo (Gayosso et al., 2016a).

Las características físicas del sustrato suelen ser más relevantes que las químicas ya que, una vez establecido el cultivo aquellas no podrán modificarse (Abad et al., 2005); además, esas características determinan el contenido de agua, aire y nutrimentos accesibles para las raíces. Por lo tanto, las características físicas tienen relación directa con la cantidad de agua y nutrimentos (fertirriego) aplicados después del establecimiento de la planta (Quintero et al., 2011). La característica física relevantes del sustrato para contenedor es la capacidad de retención de agua y la capacidad de aireación. Ambas están relacionadas directamente con la porosidad y dependen de la distribución, composición, estructura interna, forma y tamaño de partícula, que, a la vez, determinan la relación agua-aire en el sustrato (Anicua et al., 2009). Al respecto, Cabrera (1999) señaló que un sustrato debe contener menos de 20 % de sus partículas de tamaños menores a 0.5 mm. Vargas et al. (2008a) y Anicua et al. (2009) indicaron que las partículas de 0.25 a 1.00 mm son esenciales para el equilibrio agua-aire. Morales y Casanova (2015) sugirieron que la relación aire-agua es adecuada con 10 a 30 % del volumen del sustrato con aire y Abad et al. (2004) indicó que 20 a 30 % del volumen con agua es mejor, aunque puede variar con la especie a cultivar.

Los sustratos orgánicos varían en el contenido de nutrimentos asimilables respecto a los sustratos inertes, dependiendo de su origen y grado de descomposición. Por esto, es conveniente conocer el contenido de elementos disponibles, como NO3-, NH4+, P, K+, Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+, Mo, Zn2+, Cu2+ y B (Abad et al., 2005), y los factores que afectan su adsorción, como capacidad de intercambio catiónico (CIC), pH, conductividad eléctrica (CE), relación C/N y contenido de elementos fitotóxicos (Burés, 1997). El intervalo de pH entre 5.5 y 6.8 y CE≤2 dS m-1 y CIC mayor a 20 meq 100 g-1 son adecuados para el cultivo de hortalizas, pero pueden variar con la especie (Abad et al., 2004; Quintero et al., 2011).

Los estudios sobre el uso de sustratos, generalmente se basan en los resultados de rendimiento o desarrollo de los cultivos. Solo algunos incluyen los parámetros de calidad de los sustratos. Entre las características y materiales estudiados están tamaño de partícula de tezontle (Vargas et al., 2008a), físicas, químicas y biológicas de coco en polvo (Vargas et al., 2008b), físicas y micromorfológicas de perlita y zeolita (Anicua et al., 2009) y físicas de corteza de pino y cáscara de arroz (Valenzuela et al., 2014). Todos estos estudios resaltaron la importancia de las características físicas y químicas de los sustratos para el establecimiento de los cultivos. En Yucatán, existen materiales orgánicos que podrían cumplir con los parámetros físicos y químicos necesarios para el cultivo de plantas en contenedor y que no se han caracterizado. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue caracterizar las propiedades físicas y químicas de seis materiales orgánicos disponibilidad en la región para usarlos como componentes de sustratos para el cultivo de plantas en contenedor.

Materiales y Métodos

La caracterización de los materiales se realizó en el laboratorio de agua-suelo-planta del Instituto Tecnológico de Conkal, en Yucatán, México. Los materiales recolectados directamente en las áreas donde se generan no habían iniciado su descomposición (no compostados). Esos materiales fueron: 1) viruta de pino (VP) residuo del cepillado de madera; 2) aserrín de pino (AP) residuo del corte de madera con sierra de calar (ambos, residuos de la fabricación de muebles); 3) bagazo de henequén (BH) desecho de la desfibración de las pencas de agave; 4) fibra de coco (FC) o mesocarpio del fruto seco de coco; 5) hoja de ‘dzidzilche’ (HD) producto de la defoliación natural del árbol; 6) sargazo (SA) o algas depositadas por la marea en las costas de Progreso,Yucatán. VP, FC y SA se trituraron en un molino de martillo (modelo TRG 300G) y tamizaron con cribas de 10 mm y 5 mm de diámetro; BH y HD se tamizaron con la criba de 10 mm, AP no se trituró (el tamaño original del corte de la madera, ≤2 mm aproximadamente). Los nueve materiales evaluados fueron: VP10 (≤10 mm), VP5 (≤5 mm), AP (≤2 mm), BH (≤10 mm), FC10 (≤10 mm), FC5 (≤5 mm), HD (≤10 mm), SA10 (≤10 mm) y SA5 (≤5 mm).

La conductividad eléctrica de FC y SA (alta por el contacto con el agua de mar) (Burés, 1997) se disminuyó después de sumergir 15 min el material en agua común, en una relación 1:2 v/v sustrato-agua y drenar. FC se lavó cinco veces y SA cuatro (Gayosso et al., 2016b), y se secaron al aire libre bajo sombra.

La caracterización física incluyó:

Granulometría. En tamizadora eléctrica, con tamices de 3.36, 2.0, 1.0, 0.5 y 0.25 mm, se tamizó por 3 min una muestra compuesta de 1000 cm3; con la proporción de partículas retenidas se determinó el diámetro medio de partícula predominante (Dm).

Dm=Ʃi=1nvifiƩi=1nfi

donde: Dm: diámetro medio (mm), vi : valor medio del rango de partícula (mm) y fi : frecuencia (%).

Densidad aparente (Da). El material se secó 24 h en un horno con convección de aire, a 100 °C, y se calculó con la formula Da=peso del sustrato seco (g) / volumen total (cm3).

Porosidad total (Pt), porosidad de aireación (Pai) y porosidad de retención de agua (Pra) se determinaron con el procedimiento descrito por Landis et al. (1990).

Curvas de retención de humedad. Estas se obtuvieron con un equipo de succión con embudos de placa filtrante, succiones de 0, 10, 50 y 100 cm de columna de agua, según el método De Boodt et al. (1974). El equipo tenía embudos Büchner, de porcelana, conectados a una manguera con agua; esta se movió a distintas alturas, de tal manera que la diferencia de altura de la columna de agua generaba las tensiones necesarias. El material se saturó en agua corriente por 24 h, se drenó, se colocó en los embudos y se dejó drenar hasta que el nivel de agua de la manguera estuviera al nivel de la base del embudo (0 cm de tensión), luego se bajó 10 cm y se monitoreó el nivel del agua hasta que se estabilizó (36 a 48 h aproximadamente). Una muestra se extrajo, se pesó, se secó en estufa a 70 °C por 24 h y se pesó; este procedimiento se repitió con 50 y 100 cm de tensión. Con los valores se determinó: material sólido (MS), por diferencia del volumen total menos la porosidad total, capacidad de aireación (CA), por diferencia de porosidad total y contenido de agua a 10 cm de tensión, agua fácilmente disponible (AFD), por diferencia del agua retenida a 10 y 50 cm de tensión, agua de reserva (AR) entre 50 y 100 cm de tensión y agua difícilmente disponible (ADD), el agua retenida a tensiones superiores a 100 cm de tensión y agua total disponible (ATD), igual a la suma de AFD y AR.

Mojabilidad. Este es el tiempo (min) necesario para que una muestra de sustrato seco absorba agua (Abad et al., 2004). A 10 g de material orgánico, secado a 40 °C, se añadieron 5 mL de agua destilada y se midió el tiempo de adsorción.

La caracterización química incluyó:

pH y conductividad eléctrica (CE). Ambos se midieron con un potenciómetro/conductímetro (CONSORT C931) en el medio acuoso del sustrato (1:2 v/v para pH y 1:5 v/v para CE).

Humedad y materia orgánica (MO). Las muestras (2 g) se desecaron a 100 °C, hasta peso constante en el primer caso y se calcinaron, a 600 °C en una mufla, en el segundo caso.

Nitrógeno total (N). Este se determinó con el método Kjiedalh (Cottenie, 1994).

Fósforo total (P). Este se determinó con el método de molibdato de sodio, con p-metilaminofenol sulfato en espectrofotómetro ultravioleta visible (UV2800 PC).

Contenidos totales de K+, Ca2+, Mg2+ y Na+. Estos elementos se cuantificaron con calcinación, digestión ácida (Cottenie, 1994) y espectrofotometría de absorción atómica (GBC 932 plus).

Capacidad de intercambio catiónico (CIC). Para esta variable se usó acetato de amonio 1 N, pH 7 (Cottenie, 1994).

La actividad biológica se midió con el flujo de CO2 de los sustratos con un analizador de gases, en infrarrojo, automatizado para suelo (IRGA, LI-8100, LICOR, Nebraska, Estados Unidos). El sustrato se midió a capacidad de campo en macetas de 20.32 cm de diámetro, las lecturas en el analizador de gases se realizaron cada dos min por maceta (tiempo calculado en ensayos previos para el tamaño de maceta utilizada).

El diseño experimental fue completamente al azar, con nueve tratamientos (cinco materiales y tamaños diferentes de partículas) y tres repeticiones, para todas las variables la unidad experimental fue de tres macetas. En los datos se evaluó la normalidad, los de porcentaje se normalizaron con la raíz cuadrada del arcoseno, se realizó un análisis de varianza y cuando hubo diferencias estadísticas se realizó una prueba de rango múltiple de Fisher (DMS; p≤0.05). Los datos se analizaron con Infostat/F.

Resultados y Discusión

Propiedades físicas

La HD y el AP presentaron alrededor de 20 % de partículas de tamaño ≤0.5 mm. Este porcentaje se sugiere para el equilibrio de la relación aire-agua (Cabrera, 1999). El resto de sus partículas tuvieron tamaños entre 0.5 y 3.36 mm, granulometría favorable para retener agua fácilmente disponible (Anicua et al., 2009) (Cuadro 1).

Cuadro 1 Distribución granulométrica (porcentaje con base en el peso) del tamaño de partícula de cinco materiales orgánicos disponibles en Yucatán, México. 

Tratamientos Tamaño de partícula (mm) Dm
<0.25 0.25-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 2.0-3.36 >3.36
Viruta de pino ≤10 mm 0.7 0.1 4.5 29.8 37.2 27.4 2.67
Viruta de pino ≤5 mm 6.6 1.8 34.6 55.7 0.7 0.2 1.14
Aserrín de pino 24.1 3.8 41.7 26.9 2.7 0.15 0.84
Bagazo de henequén 33.7 2.4 31.6 24.8 5.0 1.30 0.87
Fibra de coco ≤10 mm 4.8 2.2 10.4 9.0 2.0 70.6 6.17
Fibra de coco ≤5 mm 22.0 11.8 50.1 12.0 0.7 3.7 0.91
Hoja de dzidzilche 18.7 2.5 36.5 31.7 7.6 2.45 1.10
Sargazo ≤10 mm 4.1 1.0 15.9 50.3 22.9 5.7 1.76
Sargazo ≤5 mm 7.8 2.0 49.8 39 0.7 0.6 1.03

Dm: diámetro medio de partícula (mm).

AP, BH y FC (≤5 mm) tuvieron más de 25 % de partículas menores a 0.5 mm y porcentaje acumulado de 27.9, 36.1 y 33.8 %, respectivamente. Esto puede afectar la aireación, ya que la capacidad de aireación disminuye con el tamaño de la partícula (Prasad y Ni Chualáin, 2004). Partículas con tamaños entre 0.25 y 0.50 mm son responsables de la disminución de hasta 50 % de la capacidad de aireación (Vargas et al., 2008a). Al contrario, FC10 presentó 70.6 % de partículas >3.36 mm. Al respecto, Anicua et al. (2009) y Vargas et al. (2008a) señalaron que tamaños de partícula >3.36 mm disminuyen la capacidad de retención de humedad.

Los residuos de pino mostraron relación inversa entre el tamaño de partícula y la porosidad de retención de agua, y una relación positiva entre el tamaño de partícula y la porosidad de aireación. Estos resultados coinciden con los de otros materiales orgánicos (Prasad y Ni Chualáin, 2004), tezontle (Vargas et al., 2008a), perlita y zeolita (Anicua et al., 2009) y mezclas de fibra de coco con material volcánico (Jiménez et al., 2014) (Cuadro 2). Esta relación fue variable en los otros materiales del estudio porque la retención de agua depende del tamaño de partículas, la tortuosidad y la continuidad de los poros (Burés, 1997; Gutiérrez et al., 2011).

Cuadro 2 Porcentajes de porosidad total, porosidad de aireación, porosidad de retención de agua y densidad aparente (g cm-3) de materiales orgánicos con diferentes tamaños de partículas. 

Tratamiento Porosidad total Porosidad de
aireación
Porosidad de
retención de agua
Densidad aparente
Viruta de pino ≤10 mm 91.21 a 74.08 a 17.13 e 0.08 d
Viruta de pino ≤5 mm 87.35 b 50.73 b 36.63 c 0.13 b
Aserrín de pino 86.83 b 29.74 d 57.09 a 0.14 b
Bagazo de henequén 44.86 g 10.37 f 34.49 cd 0.10 c
Fibra de coco ≤10 mm 52.45 f 46.06 c 6.39 f 0.02 e
Fibra de coco ≤5 mm 84.97 c 26.07 de 58.89 a 0.09 cd
Hoja de dzidzilche 72.11 e 22.27 e 49.84 b 0.15 a
Sargazo ≤10 mm 82.70 d 50.15 b 32.55 d 0.09 cd
Sargazo ≤5 mm 81.29 d 23.92 e 57.38 a 0.13 b
DMS 1.60 3.95 3.88 0.01

Literales diferentes en una columna indican diferencias estadísticas significativas (p≤0.05). DMS: diferencia mínima significativa.

La porosidad total (Pt) en sustratos orgánicos debe ser mayor a 85 % del volumen del sustrato (Quintero et al., 2011), con drenaje, después de un riego a saturación, que permita aireación de al menos 10 % respecto al volumen del sustrato, aunque puede ser 20 a 50 %, en dependencia de la especie a cultivar (Sánchez et al., 2008; Valenzuela et al., 2014). Los tratamientos cercanos a estos intervalos fueron AP, FC (≤5 mm) y SA (≤5 mm), probablemente porque 40 a 50 % de las partículas de estos tratamientos estuvieron en el intervalo de 0.5 y 1 mm. Al respecto, Vargas et al. (2008a) señalaron que partículas de 0.25 a 1.00 mm son determinantes para el equilibrio en la relación humedad-aire del sustrato.

La porosidad total y de aireación de BH fue 44.86 y 10.37 %, debido a que 36 % de sus partículas fueron menores a 0.5 mm; esto ocasionó que la porosidad de aireación disminuyera. Jiménez et al. (2014) reportaron que partículas ≤0.6 mm disminuyeron el espacio poroso total en mezclas de fibra de coco y piedra volcánica. Los tratamientos con mayor porosidad de aireación y menor porosidad de retención de agua fueron VP, FC y SA con tamaños de partícula ≤10 mm, los que mostraron Dm mayores (2.67, 6.17 y 1.76 mm). Este fue determinante para la formación de macroporos que facilitaron el drenado de agua por percolación.

La Da aumentó inversamente con el tamaño de partícula. Estos resultados fueron similares a los reportados por Anicua et al. (2009) en perlita y por Jiménez et al. (2014) en mezclas de residuos de coco y piedra volcánica. Lo anterior podría deberse a que los materiales que no son sólidos contienen poros internos (Ansorena, 1994) y conservan un tamaño de partícula, aunque, con la molienda para disminuir el tamaño de partícula, los poros se rompen, las partículas modifican su organización, reduce el espacio poroso y el material sólido y Da aumentan. Además, las partículas no son esféricas, algunas son láminas con formas y tamaños heterogéneos; las partículas con tamaño menor pueden ocupar menos espacio y tener Da mayor. La Da de VP (≤5 mm), AP y SA (≤5 mm) fue cercana a 0.15 g cm-3. Esta Da se recomienda para sustratos en contenedor (Abad et al., 2004); Da de FC (≤5 mm) fue similar a la reportada por Vargas et al. (2008b) en polvo de coco comercial (entre 0.7 y 0.11). La Da de VP, FC y SA ≤10 mm fue baja y tiene relación con la distribución de más de 70 % de partículas mayores a 1.0 mm. Los agregados de estos materiales no proporcionan el soporte mecánico, para el anclaje de las raíces, y como sustratos podrían causar volcamiento de las plantas.

Los sustratos orgánicos requieren contenido mayor de oxígeno y capacidad de aireación por su actividad biológica. Abad et al. (2004) reportaron que el nivel óptimo de aire es de 20 a 30 % del volumen del sustrato. En las curvas de retención de humedad, VP (≤5 mm), AP, FC (≤5 mm), HD, SA ≤5 mm y ≤10 mm tuvieron CA de 28 a 44 %, porcentaje ligeramente superior al sugerido por Abad et al. (2004). Lo anterior podría deberse a la granulometría de los materiales, pues más de 60 % de sus partículas tuvieron distribuidas de tamaños entre 0.50 y 2.00 mm. Esto coincide con la distribución recomendada por Cabrera (1999) para la preparación de sustratos para contenedor.

La retención de agua fácilmente disponible (AFD) AP, VP ≤5 mm y ≤10 mm, BH, FC ≤5 mm y HD fue de 10 a 16 % (Cuadro 3). El tamaño de partícula influyó en los valores AFD, pues de 20 a 36 % de sus partículas fueron ≤0.5 mm. Vargas et al. (2008b) señalaron que con polvo de coco este tamaño es el de influencia mayor en AFD. Además, Anicua et al. (2009) reportaron los porcentajes mayores de AFD en partículas de tamaños entre 0.25 a 5.0 mm en perlita y zeolita. Sin embargo, Gutiérrez et al. (2011) y Jiménez et al. (2014) coincidieron en que la mayor retención de AFD se presenta en granulometrías entre 1 y 2 mm, porque la retención de humedad está determinada por el tamaño de las partículas, por los diferentes tipos de poros que se forman entre partículas y que influyen en el movimiento del agua (Ansorena, 1994; Gutiérrez et al., 2011).

Cuadro 3 Porcentaje del volumen de sustrato (cm3) ocupado por la capacidad de aireación, agua fácilmente disponible, agua de reserva y agua difícilmente disponible de materiales orgánicos con diferentes tamaños de partículas. 

Tratamientos Capacidad
de aireación
Agua fácilmente
disponible
Agua de reserva Agua difícilmente
disponible
Viruta de pino ≤10 mm 49 a 15 ab 20 b 8 g
Viruta de pino ≤5 mm 44 b 14 b 18 c 11 f
Aserrín de pino 40 c 12 c 24 a 11 f
Bagazo de henequén 21 f 10 d 7 d 7 g
Fibra de coco ≤10 mm 19 g 1 e 1 gh 33 c
Fibra de coco ≤5 mm 44 b 15 ab 3 ef 28 d
Hoja de dzidzilche 38 d 16 a 2 fg 16 e
Sargazo ≤10 mm 27 e 1 e 4 e 61 a
Sargazo ≤5 mm 28 e 2 e 0 h 51 b
DMS 1.71 1.71 1.61 1.71

Literales diferentes en una columna indican diferencias estadísticas significativas (p≤0.05). DMS: diferencia mínima significativa.

Los materiales provenientes de residuos de madera de pino fueron los únicos que mostraron porcentaje de agua total disponible entre 24 y 40 % del volumen del sustrato (Abad et al., 2004). Los otros materiales no conservaron agua en una columna con 50 cm de tensión y no retuvieron AFD para el crecimiento y desarrollo adecuados de la planta. Por lo anterior, son sustratos inadecuados. SA mostró retención alta de ADD a tensión de 100 cm de columna de agua, 61 % en partículas ≤10 mm y 51 % en partículas ≤5 mm. El contenido mayor de material sólido lo presentó BH (55 % de su volumen), lo que redujo el espacio disponible para agua (14 %) y aire (13 %); de utilizarse como sustrato podría disminuir el suministro de agua y afectar el crecimiento de las raíces, la actividad metabólica y la absorción de agua y nutrientes (Vargas et al., 2008a).

Los materiales mostraron tendencia a retener más agua con la disminución del tamaño de partícula. Esto coincidió con lo señalado Vargas et al. (2008a) y Gutiérrez et al. (2011). Sin embargo, no siempre es agua disponible para la planta, como se observó en los residuos de madera de pino (aserrín de pino, viruta de pino de partículas ≤10 mm y ≤5 mm), que al disminuir el tamaño de partícula el ADD aumentó y el AFD disminuyó, además se excede el 10 % de AR que sugieren Abad et al. (2005). Al respecto, Gutiérrez et al. (2011) recomiendan un análisis micromorfológico para determinar los tipos, tamaños y frecuencia de poros para entender mejor la complejidad de la retención del agua en un material individual o en mezcla.

La mojabilidad sugerida para un sustrato, es menor o igual a 5 min (Abad et al., 2004), los materiales evaluados adsorbieron agua en menos de cinco minutos, excepto bagazo de henequén y hoja de dzidzilche (20 y 22 min, respectivamente). En hoja de dzidzilche el movimiento de agua fue lenta pero uniforme; sin embargo, en el bagazo de henequén el movimiento del agua fue lento y hacia las paredes del contenedor, el contenido del 33.7 % de sus partículas menores a 0.25 mm probablemente ocasionó la formación de poros pequeños que evitaron la entrada del agua y favorecieron el escurrimiento del agua sobre la superficie del bagazo de henequén.

Propiedades químicas de los sustratos

El pH de todos los tratamientos fue ligeramente alto respecto a las recomendaciones de Abad et al. (2004), y no hubo diferencias estadísticas entre ellos. El pH puede influir en la disponibilidad de los nutrientes del sustrato hacia la planta, por lo que al utilizar cualquiera de estos materiales se debe regular el pH (Cuadro 4).

Cuadro 4 Características químicas de materiales orgánicos disponibles en Yucatán, México. 

Contenido Aserrín de
pino
Bagazo de
henequén
Fibra de coco Hoja de
dzidzilche
Sargazo DMS
pH 7.1 a 7.2 a 7.2 a 7.2 a 7.4 a 0.66
CE (dS m-1) 1.43 a 1.14 a 1.49 a 1.39 a 1.31 a 0.71
Humedad (%) 9.7 c 6.9 d 13.8 b 14.6 b 17.6 a 0.96
MO (%) 99.9 a 64.7 c 97.8 a 77.2 b 76.5 b 3.15
C (%) 57.9 a 37.6 c 56.7 a 44.8 b 44.3 b 1.83
C/N 2759 a 23 b 253 b 24 b 30 b 972.1
CIC (meq 100 g-1) 9 d 19 c 22 c 77.67 b 82.67 a 3.41

Literales diferentes en una hilera indican diferencias significativas (p≤0.05). DMS=diferencia mínima significativa.

La CE de todos los materiales fue menor a 1.5 dS m-1, valor aceptable para el cultivo de plantas en contenedor (Abad et al., 2004). Burés (1997) menciona que en FC la CE puede variar de 0.1 a 6 dS m-1, por su contacto con el agua de mar de las zonas de origen. Sin embargo, el número de enjuagues aplicados a fibra de coco y sargazo disminuyó la CE de 2.71 a 1.49 dS m-1 para FC y de 6.13 dS m-1 a 1.31 dS m-1 para SA. No hubo diferencias estadísticas entre tratamientos.

La relación C/N es un indicador del origen, del grado de madurez y de la estabilidad de la materia orgánica y decrece a medida que ésta se descompone (Burés, 1997). El aserrín de pino y la fibra de coco fueron los materiales con mayor relación C/N, la naturaleza de ambos materiales los hace ricos en lignina y celulosa, con alta concentración de carbono y baja concentración de nitrógeno, esto ocasiona una alta relación C/N (Borges et al. 2003; Burés, 1997; Quintero et al., 2011).

En materiales frescos la relación C/N es alta y decrece a medida que ésta se descompone (Burés, 1997). Algunos autores mencionan una relación C/N de 300 para corteza de pino no compostada (Ansorena, 1994; Quintero et al., 2011) y de 361 para aserrín que previamente se utilizó como cama para criaderos de pollo (Barbazan et al., 2011); en esos estudios, el hecho de utilizar el aserrín sólo de la corteza y aserrín con residuos de pollinaza permitió la descomposición de las estructuras de carbono y aumentó el contenido de nitrógeno, lo que hizo que la relación C/N fuera menor a la encontrada en nuestro estudio. Sin embargo, a diferencia de esos autores, en nuestro experimento se utilizó aserrín de pino fresco, sin compostar y sin adicionar algo más. Una mayor relación C/N puede limitar la cantidad de N disponible y reducir la capacidad de intercambio catiónico (Landis et al., 1990); sin embargo, representa mayor estabilidad, y la reducción de la fitotoxicidad causada por la formación de nuevos compuestos orgánicos producidos en el proceso de degradación, cambios en la CIC o incrementos de la salinidad (Domeño et al., 2011).

Abad et al. (2004) recomendaron CIC superior a 20 meq 100 g-1 como óptima. En nuestro estudio FC, HD y SA presentaron CIC favorable, ya que favorece la capacidad amortiguadora de cambios rápidos en la disponibilidad de los nutrientes y pH. La CIC de AP (9 meq 100 g-1) se consideró baja y media (19 meq 100 g-1) de BH, de acuerdo con Quintero et al. (2011).

La concentración de N en BH, HD y SA fue mayor a 1.4 % (Cuadro 5); en contraste, en AP la concentración de N y P fue la menor de los materiales evaluados. Por esos contenidos bajos y su falta de descomposición, si se usaran como sustratos, a estos materiales tendría que aplicarse N para evitar la competencia entre los microorganismos y la planta (Burés, 1997). El contenido de N en BH (1.6 %) fue menor al reportado por Borges et al. (2003) (0.5 %). Borges (1998) indicaron que los contenidos de N y P disminuyen con el aumento del grado de descomposición. El BH presentó contenidos mayores de P y Ca respecto a los otros materiales. Sargazo tuvo los contenidos mayores de K, Mg y Na; que pudieron estar relacionadas con la retención alta de ADD.

Cuadro 5 Contenido total de minerales en materiales orgánicos disponibles en Yucatán, México. 

Contenido Aserrín de pino Bagazo de
henequén
Fibra de coco Hoja de
dzidzilche
Sargazo DMS
N (%) 0.023 e 1.669 b 0.224 d 1.819 a 1.465 c 0.05
P (mg Kg-1) 0 d 4539.56 a 833.86 c 3789.28 b 3542.21 b 522.91
K (mg Kg-1) 1600.48 e 11999.21 c 5149.06 d 15478.76 b 20765.03 a 3062.57
Ca (mg Kg-1) 815.21 c 172150.6 a 4642.45 c 76698.56 b 71925.55 b 14497.03
Mg (mg Kg-1) 103.66 c 1738.76 b 573.61 c 1822.31b 10474.73 a 1043.75
Na (mg Kg-1) 70.38 d 178.55 c 363.65 b 209.43 c 2862.60 a 82.54

Literales diferentes en una hilera indican diferencias significativas (p≤0.05). DMS: diferencia mínima significativa.

La concentración de N, P y K en FC y AP fue baja, lo que se atribuye al origen del tejido (mesocarpio del fruto y tallo lignificado, respectivamente). El BH, la HD y el SA son tejidos foliares con actividad fotosintética y podrían contener más carbohidratos simples. Crespo et al. (2013) señalaron que agave tequilero presenta reserva de azúcares totales no estructurales solubles y polisacáridos en piña y tallo; esto podría relacionarse con el contenido mineral alto en el bagazo de agave henequenero.

Las diferencias en el flujo de CO2 fueron estadísticas sólo entre el AP (2.2<0.60 μmol m-2 s-1) y el resto de los sustratos (SA: 8.0±0.78, BH: 6.8±0.75, FC: 6.7±0.84 y HD: 4.9±0.78 μmol m-2 s-1). El flujo de CO2 es consecuencia de la actividad biológica y su intensidad mayor puede ocasionar pérdida de volumen, compactación, disminución de la capacidad de aireación y alteración del tamaño de partículas (Abad et al., 2004; Burés, 1997). Por lo que, la actividad biológica baja de AP garantiza estabilidad de algunas características físicas en el tiempo. Al respecto, Pineda et al. (2012) usaron mezclas con AP para cultivo de jitomate, con el que mantuvieron porosidad total, retención de humedad, densidad aparente y capacidad de aireación adecuada hasta por 24 meses de cultivo. El BH y el SA por sus valores altos de flujo de CO2 podrían requerir compostaje previo al uso como sustratos, para evitar la actividad biológica alta y la alteración de ciertas características físicas.

Conclusiones

El origen y procesamiento de los materiales orgánicos afectan la forma y el tamaño de las partículas, la porosidad y la capacidad de retención de agua. Los materiales orgánicos que favorecen el equilibrio en la relación aire-agua, de acuerdo a su granulometría, son AP y HD. El tamaño de partícula ≤5 mm de AP, FC y SA propicia la aireación y la retención de agua. Sargazo muestra contenidos altos de K+ y Mg2+, pero por su contenido alto de Na+, de agua difícilmente disponible y de actividad biológica es inadecuado como sustrato. Los residuos de madera de pino presentaron porcentaje aceptable de agua total disponible y por su producción baja de CO2 garantizan su degradación lenta y estabilidad del volumen en el tiempo. El BH y la HD tienen mayores concentraciones de N, P y Ca2+.

Literatura Citada

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Recibido: Marzo de 2017; Aprobado: Febrero de 2018

* Autor responsable: e_couoh@hotmail.com

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