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).

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}).

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}).

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).

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.

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.