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Biochar de biomasa residual por Pirólisis Lenta para la germinación y crecimiento de la semilla del Prosopis limensis en el distrito de Cieneguilla
Biochar de biomasa residual por Pirólisis Lenta para la germinación y crecimiento de la semilla del Prosopis limensis en el distrito de Cieneguilla
JUAN JESÚS OCHOA MIGUEL2021
Se obtuvo biochar a partir de biomasa residual lignocelulósica proveniente del mantenimiento de áreas verdes públicas y privadas del distrito de Cieneguilla con la técnica de pirólisis lenta usando un reactor pirolítico de cortina de llamas, para evaluar su uso como producto de enmienda evaluamos con diferentes concentraciones en la germinación y características fenológicas de semillas de Prosopis limensis (huarango). Se caracterizaron física y químicamente las biomasas originales y el biochar obtenido en laboratorio. Semillas de huarango fueron colocadas en sustratos con concentraciones de 0%, 10%, 20% y 30% en peso de biochar recién obtenido y biochar activado biológicamente y se colocaron en bolsas de almacigo de 2 kg en el vivero municipal. Se evaluaron variables de porcentaje de germinación, crecimiento de plántulas, número de pinnas y longitud de raíz. Se determinó que el biochar al 10% de concentración tuvo mejores respuestas en las plántulas de huarango hasta los 50 días de ...
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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“Biochar de biomasa residual por Pirólisis Lenta para la
germinación y crecimiento de la semilla del Prosopis limensis en
el distrito de Cieneguilla”
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
Ingeniero Ambiental
AUTORES:
Loyola Saavedra, Isabel Rosario (ORCID: 0000-0002-7440-1187)
Ochoa Miguel, Juan Jesús (ORCID: 0000-0002-6721-4535)
ASESOR:
Dr. Ordoñez Galván, Juan Julio (ORCID: 0000-0002-3419-7361)
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
Tratamiento y Gestión de los Residuos
LIMA – PERÚ
2021
Dedicatoria
A mis padres, Dionisia y Félix
A mis hermanos, Katty, Patty, Johanna, Toño, y,
A mi hijo Fabio.
Loyola Saavedra, Isabel Rosario
Dedicado a mis abuelos, madre, hermanos
y quienes aconsejaron y aclararon mis decisiones
en cada proceso para cumplir mis metas.
A ellos, todo mi agradecimiento.
Ochoa Miguel, Juan Jesús
ii
Agradecimiento
A nuestros padres, por ayudarnos en todo lo que estuvo en sus manos y motivarnos
siempre para seguir adelante y no darnos por vencidos hasta culminar nuestros
estudios y realizar nuestra tesis.
A nuestros hermanos por ayudarnos moral y económicamente hasta ver cumplidos
nuestros sueños.
A mi hijo Fabio, por haberle quitado mucho tiempo al lado mío (Isabel).
A mi abuelo Mario, quien comparte su sabiduría para crecer como persona (Juan).
A los catedráticos Ing. Wilson Castañeda, Dr. Julio Ordoñez, Ing. Julio Malca, a la
Municipalidad Distrital de Cieneguilla, por su colaboración en la contextualización
de nuestra tesis y compartir con nosotros sus conocimientos y buenos consejos
para poder culminarlo.
iii
Índice de contenidos
Dedicatorias ........................................................................................................... ii
Agradecimientos ................................................................................................... iii
Índice de contenidos ............................................................................................. iv
Índice de gráficos y figuras.................................................................................. viii
Resumen .............................................................................................................. xi
Abstract................................................................................................................ xii
I.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1
II. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 4
III.
METODOLOGÍA......................................................................................... 14
3.1.
Tipo y diseño de investigación ................................................................ 14
3.2.
Variables y operacionalización ................................................................ 14
3.3.
Población, muestra y muestreo ............................................................... 15
3.4.
Técnicas e instrumentos de recolección de datos ................................... 15
3.5.
Procedimientos ....................................................................................... 17
3.6.
Método de análisis de datos .................................................................... 39
3.7.
Aspectos éticos ....................................................................................... 40
IV.
RESULTADOS ........................................................................................... 41
4.1. Caracterización física y química de biomasa residual para elaboración del
biochar ............................................................................................................. 41
4.2. Caracterización físico química del biochar obtenido mediante la técnica de
Pirólisis lenta .................................................................................................... 45
4.3. Características Fenológicas: Respuestas de las plantas de Prosopis
limensis a la aplicación de biochar de biomasa residual por pirólisis lenta ....... 48
4.4. Determinación de la concentración del biochar con mejores respuestas en
Prosopis limensis:............................................................................................. 61
4.5.
Contenido de Carbono Orgánico en las unidades experimentales .......... 62
V.
DISCUSIÓN ............................................................................................... 67
VI.
CONCLUSIONES ....................................................................................... 72
VII.
RECOMENDACIONES .............................................................................. 73
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 74
ANEXOS .............................................................................................................. 78
ANEXO N° 01. DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD DE LOS AUTORES ... 78
ANEXO N° 02. DECLARATORIA DE AUTENTICIDAD DEL ASESOR ........... 79
iv
ANEXO N° 03. MATRIZ DE CONSISTENCIA ................................................ 80
ANEXO N° 04. MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ........ 81
ANEXO N° 05. INSTRUMENTOS DE VALIDACIÓN DE DATOS ................... 82
ANEXO N° 06. VALIDACIÓN DE INSTRUMENTOS ...................................... 87
ANEXO N° 07. RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LABORATORIO.............. 102
v
Índice de tablas
Tabla 1: Técnicas e instrumentos para el Trabajo de investigación ...................... 16
Tabla 2: Expertos que validarán los instrumentos ................................................ 16
Tabla 3: Validación de los instrumentos por cada experto ................................... 17
Tabla 4: Ubicación geográfica de la Planta de Valorización de Cieneguilla .......... 18
Tabla 5: Descripción de los tratamientos y concentraciones utilizados: ............... 30
Tabla 6: Distribución de los tratamientos en 105 unidades experimentales .......... 31
Tabla 7: Cantidades de sustrato más biochar usado en cada tratamiento............ 33
Tabla 8: Datos de temperatura y humedad relativa en Cieneguilla, durante la
etapa de pruebas de germinación de semillas de Prosopis limensis. ................... 35
Tabla 9: Distribución del riego durante las pruebas de germinación y crecimiento
............................................................................................................................. 36
Tabla 10: Caracterización de Biomasa residual que llega a la Planta de
Valorización: ........................................................................................................ 41
Tabla 11: Caracterización Física de biomasa residual no composable (leñosos
delgados, medios y gruesos) para obtención de biochar ...................................... 42
Tabla 12: Resultado de análisis físico químico realizado a las muestras de
biomasa residual: ................................................................................................. 44
Tabla 13: Detalle de cargas realizadas en proceso de pirólisis lenta .................... 45
Tabla 14: Rendimiento de la obtención de biochar ............................................... 46
Tabla 15: Resultados de análisis físico químico realizado a las muestras de
biochar: ................................................................................................................ 47
Tabla 16: Número de semillas germinadas por tratamiento, por día ..................... 49
Tabla 17: Porcentaje de germinación por tratamiento, por repetición ................... 51
Tabla 18: Altura (elongación) de las plántulas en cm (hasta los ápices caulinares)
de Prosopis limensis a los 50 días de siembra. .................................................... 52
Tabla 19: Análisis de Varianza para altura de planta Prosopis limensis (Huarango)
............................................................................................................................. 53
Tabla 20: Prueba de comparación Tukey para altura media Prosopis limensis .... 53
Tabla 21: Número de nudos o pinnas de Prosopis limensis (huarango) a los 50
días después de la siembra. ................................................................................ 54
Tabla 22: Análisis de Varianza para número de nudos o pinnas de Prosopis
limensis ................................................................................................................ 55
vi
Tabla 23: Prueba de comparación Tukey para número de nudos en plantas de
Prosopis limensis, a los 50 días después de la siembra. ...................................... 55
Tabla 24: Longitud de raíz (cm) en plántulas de Prosopis limensis a los 50 días
después de la siembra ......................................................................................... 56
Tabla 25: Análisis de varianza para longitud de raíces de Prosopis limensis, a los
50 días después de la siembra. ........................................................................... 58
Tabla 26: Prueba de comparación Tukey para longitud de raíces ................................ 58
Tabla 27: Resultados de respuestas fenológicas (desarrollo de plántulas) de
huarango con biochar como producto de enmienda ............................................. 58
Tabla 28: Análisis de correlación entre altura de plántula, número de nudos y
longitud de raíz en Prosopis limensis (Huarango), a los 50 días después de
siembra. ............................................................................................................... 59
Tabla 29: Valores de significación para el análisis de correlación entre altura de
plántula, número de nudos y longitud de raíz en Prosopis limensis (Huarango), a
los 50 días después de siembra. .......................................................................... 59
Tabla 30: Resumen de resultados de variables estudiadas en el desarrollo de
plántulas de huarango con aplicación de biochar como producto de enmienda del
sustrato. ............................................................................................................... 61
Tabla 31: Análisis de los sustratos al inicio del ensayo (sin biochar), y durante
ensayo, con aplicación de biochar como producto de enmienda. ......................... 63
Tabla 32: Cálculo de contenido de carbono orgánico en el sustrato (suelo) por
etapas .................................................................................................................. 65
Tabla 33: Cálculo del Incremento Total (∆C ) de Carbono en el sustrato durante el
ensayo ................................................................................................................. 66
Tabla 34: Determinación del Dióxido de Carbono equivalente secuestrado en el
sustrato o suelo .................................................................................................... 66
vii
Índice de gráficos y figuras
Figura 1: Diagrama general del Proyecto de Investigación .................................. 17
Figura 2: Ubicación de Planta de Valorización de Cieneguilla .............................. 18
Figura 3: Tipo de biomasa residual que llega a la Planta de Valorización ............ 19
Figura 4: Biomasa residual de la Planta de Valorización ...................................... 19
Figura 5: Labores de volteo y selección manual de biomasa no compostable ..... 20
Figura 6: Diagrama de flujo general de la Planta de Valorización de Residuos
Orgánicos Municipales de Cieneguilla ................................................................. 20
Figura 7: Caracterización de biomasa residual de la Planta de Valorización de
Cieneguilla ........................................................................................................... 21
Figura 8: Reactor pirolítico de la Planta de Valorización de Cieneguilla ............... 22
Figura 9: Horno pirolítico con anillo protector a temperatura óptima de trabajo
(650°C – 700°C)................................................................................................... 22
Figura 10: Plano del reactor pirolítico de la Planta de Valorización ...................... 23
Figura 11: Inicio del proceso de pirólisis............................................................... 24
Figura 12:
a) y b) Pesado de biomasa para pirolísis. c) Momento en que la
capa superior de biomasa se cubre con ceniza blanquesina, es el momento
propicio para agregar la siguiente carga. d) Se deja como mínimo 10 cm debajo
del borde superior del horno pirolítico para una buena carbonización de la
biomasa.
25
Figura 13: a) Retiro del anillo del horno. b) Volteado del horno para enfriar
biochar. c) Enfriamiento de biochar. d) Biochar obtenido mediante la técnica de
pirólisis lenta. ....................................................................................................... 25
Figura 14: a) Biochar incorporado desde el principio del compostaje, Biochar
activado biológicamente. b) Biochar añadido al sustrato de plantas forestales y
ornamentales. ...................................................................................................... 26
Figura 15: a) Muestra de biochar obtenido por pirólisis lenta. b) Muestra de
biochar activado en pila de compostaje por 4 meses. .......................................... 26
Figura 16: Obtención de semillas de Prosopis limensis, Parque Waldorf Cieneguilla ........................................................................................................... 27
Figura 17: a) Semillas de Prosopis limensis. b) Hidratación de semillas para
acelerar la germinación. ....................................................................................... 28
viii
Figura 18: a) Arena del Río Lurín. b) Tierra de chacra de la zona. c) Mezcla
homogénea de tierra más arena para sustrato de ensayo experimental. ............. 29
Figura 19: a) Preparación de tratamientos: Biochar recién obtenido. b) Biochar
activado. c) Mezcla en sustrato para llenar en bolsas de almácigo ...................... 29
Figura 20:Muestra de sustrato (arena de río más tierra) para prueba en laboratorio
............................................................................................................................. 30
Figura 21: Montaje del diseño experimental en bolsas de almácigo con mezclas
de sustrato y biochar para siembre de Prosopis limensis. .................................... 32
Figura 22: a) Preparación de unidades experimentales por cada tratamiento.
b) Siembra de semillas en bolsas de almácigo para prueba de germinación. ...... 33
Figura 23: Colocación de semillas de Prosopis limensis. ..................................... 34
Figura 24: Riego de plántulas durante pruebas de germinación ........................... 36
Figura 25: Tipo de biomasa residual que llega a la Planta de Valorización .......... 41
Figura 26: Caracterización Física de biomasa residual no compostable para
obtención de biochar, especies de madera leñosa gruesa, mediana y delgada que
entran al proceso de pirólisis lenta. ...................................................................... 43
Figura 27: Visibles diferencias físicas entre biochar recién obtenido y biochar
activado biológicamente. ...................................................................................... 46
Figura 28: Porcentaje de germinación de semillas de huarango (Prosopis limensis)
con siete tratamientos por 20 días. ...................................................................... 50
Figura 29: Porcentaje de Germinación de semillas de huarango (Prosopis
limensis) sometidas a 7 tratamientos. .................................................................. 51
Figura 30: Altura promedio de plantas de Prosopis limensis (Huarango) a los 50
días después de la siembra. ................................................................................ 53
Figura 31: Número medio de nudos en plántulas de Prosopis limensis, a los 50
días después de la siembra. ................................................................................ 54
Figura 32: Longitud alcanzada de raíz a los 50 días de siembra, gran presencia de
nódulos activos. ................................................................................................... 56
Figura 33: Longitud de raíz en plantas de Prosopis limensis (Huarango) a los 50
días después de la siembra. ................................................................................ 57
Figura 34: Evaluación de respuestas fenológicas de plántulas de Prosopis
limensis a los 50 días de siembra. ....................................................................... 59
ix
Figura 35: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre las alturas y el
número de nudos de las plántulas de Prosopis limensis a los 50 días después de
la siembra. ........................................................................................................... 60
Figura 36: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre las alturas y la
longitud de las raíces de las plántulas de Prosopis limensis a los 50 días después
de la siembra. ...................................................................................................... 60
Figura 37: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre el número de
nudos y las longitudes de las raíces de Prosopis limensis a los 50 días después
de la siembra. ...................................................................................................... 60
Figura 38: Resultados del porcentaje de germinación de los distintos tratamientos
hasta el día 20 de siembra. .................................................................................. 61
Figura 39: Alturas medias obtenidas en los tratamientos a los 50 días de siembra
de Prosopis limensis. ........................................................................................... 61
Figura 40: Promemdio de número de pinnas, nudos o peciolos logrados por las
plántulas de Prosopis limensis a los 50 días de siembra. ..................................... 62
Figura 41: Longitudes medias logradas por lás plántulas de Prosopis limensis a
los 50 días de germinadas sus semillas. .............................................................. 62
x
Resumen
Se obtuvo biochar a partir de biomasa residual lignocelulósica proveniente del
mantenimiento de áreas verdes públicas y privadas del distrito de Cieneguilla con
la técnica de pirólisis lenta usando un reactor pirolítico de cortina de llamas, para
evaluar su uso como producto de enmienda evaluamos con diferentes
concentraciones en la germinación y características fenológicas de semillas de
Prosopis limensis (huarango). Se caracterizaron física y químicamente las
biomasas originales y el biochar obtenido en laboratorio. Semillas de huarango
fueron colocadas en sustratos con concentraciones de 0%, 10%, 20% y 30% en
peso de biochar recién obtenido y biochar activado biológicamente y se colocaron
en bolsas de almacigo de 2 kg en el vivero municipal. Se evaluaron variables de
porcentaje de germinación, crecimiento de plántulas, número de pinnas y longitud
de raíz. Se determinó que el biochar al 10% de concentración tuvo mejores
respuestas en las plántulas de huarango hasta los 50 días de ensayo. La
concentración de carbono orgánico en el sustrato se incrementó tras la
incorporación de biochar como producto de enmienda, los análisis de laboratorio
así lo demostraron, relacionándolo con el secuestro de CO 2.
Palabras clave: biochar, pirólisis lenta, Prosopis limensis
xi
Abstract
Biochar was obtained from lignocellulosic residual biomass from the maintenance
of public and private green areas of the Cieneguilla district with the slow pyrolysis
technique using a flame curtain pyrolytic reactor, to evaluate its use as an
amendment product we evaluated with different concentrations in germination and
phenological characteristics of seeds of Prosopis limensis (huarango). The original
biomass and biochar obtained in the laboratory were physically and chemically
characterized. Huarango seeds were placed in substrates with concentrations of
0%, 10%, 20% and 30% by weight of freshly obtained biochar and biologically
activated biochar and were placed in 2 kg storage bags in the municipal nursery.
Variables of germination percentage, seedling growth, number of pinnae and root
length were evaluated. It was determined that biochar at 10% concentration had
better responses in huarango seedlings up to 50 days of trial. The concentration of
organic carbon in the substrate increased after the incorporation of biochar as an
amendment product, the laboratory analyzes demonstrated this, relating it to the
sequestration of CO2.
Keywords: biochar, slow pyrolysis, Prosopis limensis
xii
I.
INTRODUCCIÓN
En el Perú, según datos nacionales actualizados de la Dirección General de
Gestión de Residuos Sólidos del Ministerio del Ambiente, anualmente
generamos alrededor de 7 342 713 toneladas de residuos sólidos municipales,
de esa cantidad el 57.69% (4 235 894 t) son residuos orgánicos que deberían
ser valorizados; el 18.26% (1 341 094 t) conciernen a residuos inorgánicos; y
el 24.06% (1 765 725 t) atañen a residuos no valorizables, de ellos solo el 1.05%
de lo valorizable (77 621 t, orgánicos e inorgánicos) es gestionado por las
municipalidades distritales. Tomando en cuenta solo lo correspondiente a
valorización de residuos sólidos orgánicos, únicamente el 0.64% (27 450 t) son
incluidos en la transformación y valorización con técnicas de compostaje,
vermicompostaje, biochar, etc. («Residuos Sólidos Municipales» 2020). Si no
hay un buen manejo y gestión integral de los residuos sólidos, las
municipalidades se enfrentan a una problemática ambientalmente negativa por
su inadecuada disposición y por su generación en mayores cantidades y
volumen debido al aumento demográfico, la agrupación de la población en
áreas urbanas, aumento de los hábitos de consumo, entre otros.
Los residuos sólidos orgánicos constituyen el mayor porcentaje en volumen que
son generados anualmente por los habitantes del distrito de Cieneguilla,
56.62%, que representan unas 5 145 t/año aproximadas (Municipalidad Distrital
de Cieneguilla 2019), además cuenta con una gran superficie de áreas verdes
urbanas y áreas forestales, su importancia para la conservación de la fauna y
flora en nuestro distrito es transcendental, estos lugares están creados y
acondicionadas para ofrecer espacios de entretenimiento y relajación, pero que
además requieren de esfuerzos constantes para mantener su belleza
paisajística y que puedan cumplir su objetivo. Los residuos de maleza y poda
generados a partir de las 214 213.06 m2 de áreas verdes habilitadas (Gerencia
de Servicios a La Ciudad y Medio Ambiente 2019) ubicadas en vergeles,
óvalos, triángulos, bermas centrales y laterales, estadio municipal, y otros,
sumado a los restos de maleza y poda generados de jardines privados, generan
entre 10 a 30 toneladas mensuales de residuos vegetales (Municipalidad
Distrital de Cieneguilla 2019). Esta biomasa residual es depositada en los
1
Puntos Temporales de Acopio de Maleza ubicados en puntos estratégicos del
distrito y posteriormente llevados hasta la Planta de Valorización de Residuos
Sólidos Orgánicos Municipales donde serán aprovechados para generar
productos de gran valor como el compost, pero no todo es compostable hay un
excedente acumulándose con troncos y ramas duras.
Frente a este problema y en consideración a que estas labores de
mantenimiento de las áreas verdes (segar el grass, retiro de maleza, podas,
etc.) generan grandes volúmenes de residuos orgánicos con alto contenido de
celulosa, hemicelulosa y lignina que llegan hasta la planta para ser tratados;
pero que se hace insostenible e inmanejable compostar y valorizarlos, es que
el presente plan de tesis busca desarrollar una alternativa de aprovechamiento
en la gestión de esta biomasa residual a través, de la técnica de Pirólisis lenta,
que permitirá la obtención de biochar (biocarbón) y podrá devolverse al suelo
en forma directa como también puede ser incorporado en ciertos porcentajes
en las pilas de compost, evitando así su desperdicio y más al contrario usarlo
como producto de enmienda orgánica o mejorador de suelo y su cualidad para
capturar carbono y almacenarlo en el suelo (Yadav et al. 2016), a través, de la
preparación del sustrato para cultivo de plantas forestales y ornamentales en el
Vivero Municipal.
En base a la problemática desarrollada sobre el título propuesto, se identificó
el planteamiento del problema, para lo cual se ha definido el problema general:
¿Cómo el biochar de biomasa residual por pirolisis lenta sirve para la
germinación y crecimiento del Prosopis limensis en el distrito de Cieneguilla?,
además de haberse planteado los siguientes problemas específicos: ¿Cuál
es la característica de la biomasa residual para la elaboración del biochar?;
¿Cuáles son las características físicas y químicas del biochar obtenido
mediante la técnica de pirolisis lenta?; ¿Cuál es la concentración de biochar
que genere la mejor respuesta en las plantas de Prosopis limensis?; ¿Cuáles
son las características fenológicas de la germinación y crecimiento de las
semillas de Prosopis limensis al biochar de biomasa residual por pirólisis lenta?;
¿Cuáles son los cambios en la concentración de carbono orgánico al inicio y al
final de la siembra, relacionándolo con el secuestro de CO2? .
2
Teniendo así que, la justificación de esta investigación es producir biochar de
alta calidad a partir de residuos orgánicos y poder utilizarla como enmienda del
suelo para mejorar la productividad de las plantaciones y siembras,
especialmente en suelos contaminados y erosionados usando un cilindro
cónico de fierro, simple pero ingenioso, que permitirá que cualquier persona en
manejo de residuos sólidos municipales o en cualquier industria valorice su
biomasa residual produciendo biochar de alta calidad cerrando así el ciclo de
producción y aplicando lo que se conoce como economía circular.
Por esta razón, se tiene que evaluar esta técnica de pirolisis lenta usando un
horno cónico de techo abierto llamado Kon Tiki, es un horno de cortina de llama
diseñado en Suiza en el año 2014, desde entonces se ha extendido su uso y
conocimiento a nivel mundial para producir biochar (Schmidt y Taylor 2014a),
este horno es de bajo costo a diferencia de los hornos tradicionales o de retorta
por lo que puede ser implementado por cualquier municipalidad o agricultor que
desee manejar sus residuos como una alternativa sustentable y limpia, ya que
en los hornos de cortina de llama las emisiones de gases y aerosoles son
relativamente bajas para el CO, NOx, PIC (productos de combustión
incompleta) y mayores cantidades de CO2 (Cornelissen et al. 2016), analizando
además su capacidad para el secuestro de carbono en el suelo, lo cual se
relacionará con la reducción de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Con este proyecto ayudaremos a mitigar el impacto negativo generado por la
inadecuada disposición de los residuos de maleza y poda, que si no son bien
manejados darán paso a la formación de puntos críticos con enormes cúmulos
de biomasa con alto contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina que tardarán
mucho tiempo en degradarse, es por ello que con el aprovechamiento de estos
residuos disminuirá los efectos negativos sobre el ambiente y se reincorporarán
los nutrientes que aún conservan como productos de enmienda y fertilización
del suelo, disminuyendo así el uso de fertilizantes químicos.
Por lo expuesto, se plantea el siguiente objetivo general: Evaluar el biochar
de biomasa residual por pirolisis lenta para la germinación y crecimiento del
Prosopis limensis en el distrito de Cieneguilla, los objetivos específicos:
Evaluar las características de la biomasa residual en la elaboración del biochar;
3
analizar las características físicas y químicas del biochar obtenido mediante la
técnica de pirolisis lenta; determinar la concentración de biochar que genere la
mejor respuesta en las plantas de Prosopis limensis; determinar las
características fenológicas de la germinación y crecimiento de las semillas de
Prosopis limensis al biochar de biomasa residual por pirólisis lenta; evaluar el
cambio en la concentración de carbono orgánico al inicio y al final de la siembra,
relacionándolo con el secuestro de CO2.
La hipótesis general de la investigación es: El biochar de biomasa residual por
pirolisis lenta sirve para evaluar la germinación y crecimiento del Prosopis
limensis en el distrito de Cieneguilla. Asimismo, las hipótesis específicas son:
Las características de la biomasa residual permite la elaboración del biochar
para la germinación y crecimiento del Prosopis limensis; las características
físicas y químicas del biochar de biomasa residual por pirolisis lenta permite la
germinación y crecimiento del Prosopis limensis; las concentraciones del
biochar usado
permiten establecer la mejor respuesta en las plantas de
Prosopis limensis; las características fenológicas del Prosopis limensis permite
la germinación y crecimiento de las semillas mediante el biochar de biomasa
residual por pirólisis lenta; el cambio en la concentración de carbono orgánico
al inicio y al final de la siembra permite relacionarlo con el secuestro de CO2.
II.
MARCO TEÓRICO
Para concretar este proyecto se tuvo que investigar trabajos de autores
internacionales y nacionales para obtener un mayor conocimiento y
entendimiento del título propuesto, que además nos permitió compararlos con
los resultados que obtuvimos durante el presente estudio.
Para Escalante, A. et al. (2016), quienes realizaron la investigación:
“Biocarbón (biochar) I: Naturaleza, historia, fabricación y uso en el suelo”,
concluyen que la utilización del biochar es una técnica que ha confirmado da
muchos beneficios al incorporarlo al suelo, como el aumento en su fertilidad
debido a sus atributos de sus propiedades físicas, químicas y biológicas,
también tiene un alto potencial para coadyuvar a secuestrar carbono en el
suelo. Lo más interesante es que se obtiene aprovechando los residuos de
4
labores agrícolas y cualquier otro tipo de biomasa residual, dándoles un valor
agregado, por lo que su aplicación es muy económica y al contrario se obtiene
mayor rentabilidad en las actividades agrícolas, semejante situación es con la
retención de carbono y su mitigación de efectos negativos en el cambio
climático y su viabilidad para obtener créditos de carbono.
En su artículo de investigación: “Recent Insights into Lignocellulosic
Biomass Pyrolysis: A Critical Review on Pretreatment, Characterization,
and Products Upgrading”, Echresh, Z.; Abdulkhani, A.; Aboelazayem, O. y
Saha, B. (2020), explican como la técnica de pirólisis enfoca eficazmente la
valorización de la biomasa residual, en especial de la lignocelulósica,
obteniendo productos como bioaceites, que es la parte líquida que se obtiene
de la pirólisis de biomasa residual. En este artículo nos comentan como esa
biomasa residual lignocelulósica es un gran recurso con gran valor energético
que se puede renovar y hacer sostenible para el Carbono que lo encontramos
de libre disponibilidad en el ambiente. En esta investigación se hace un
pretratamiento a la biomasa residual tanto físicos como químicos, y su
influencia en la mejora de la obtención del producto. También explican los
efectos sobre la eficiencia del proceso pirolítico, al usar como materia prima
una biomasa bien caracterizada y así proporcionar bioaceites y biocarbones de
alta calidad y de buen rendimiento.
En el trabajo de investigación: “Vacuum pyrolysed biochar for soil
amendment”, Ashid, Y.; Khursheed, A.; Prithvi, S.; Vilas, G. y Aniruddha, P.
(2016),
con
pasto
Napier
(Pennisetum
purpureum)
una
biomasa
lignocelulósica, concluyeron que el biochar obtenido de la pirolisis al vacío y
añadido al suelo en sus ensayos con macetas aumentó el crecimiento de las
plantas en términos de mayor peso de biomasa (en un 7% más alto con biochar
al 0.1% p/p y 15% mayor con biochar al 0.25% p/p), con respecto al número de
germinaciones de semillas resultó en un 35% más con adición de biochar al
0.1% p/p en comparación con el blanco y hasta 57% más al adicionar biochar
al 0.25% p/p . En toda su investigación encontraron que las propiedades del
biocarbón producido estaban acorde con las necesarias para que actúen como
agente para la enmienda de suelos. El estudio también demostró que el
5
biocarbón de hierba Napier se puede aplicar a suelos ácidos para su enmienda
y q es capaz de retener favorablemente nutrientes y agua debido a que el pH
se elevó a 11.14 en comparación con el blanco.
Con respecto a la caracterización del biochar Pardavé, W.; Delvasto, P. y
Sánchez, M. (2017) en su trabajo de investigación: “Caracterización
fisicoquímica y morfológica de dos muestras de biocarbón producidas
mediante pirolisis de residuos de poda y jardinería” encontraron diferencias
significativas tanto morfológicas como fisicoquímicas al someter a Pirólisis dos
muestras distintas de biomasa, pero del mismo lugar, provenientes de las áreas
verdes de la Universidad de Santander, Colombia. La primera muestra con
biomasa residual leñosa (poda de árboles) y la segunda con restos de
gramíneas y hojarasca, ambos tipos de biocarbones fueron caracterizados
mediante análisis próximo (% másico), encontrando que la Muestra 1 (3.26%
humedad; 49.18% carbono fijo) tiene mayor porcentaje de humedad y carbono
fijo que la muestra 2 (1.95%; 33.35%); el análisis químico último (CHN)
determinó que la muestra 1 (67.66%) presenta mayor porcentaje másico de
contenido de carbono fijo que la muestra 2 (55.40%). En relación a la cantidad
de hidrógeno se evaluó que ambas muestras tienen cantidades similares de
este elemento, alrededor del 3.5%. Para el contenido de nitrógeno los análisis
muestran que el contenido de este elemento varía entre el 1 y 1.5% en peso,
valores parecidos a los reportes de otros trabajos, siendo la primera muestra la
que tiene la mayor cantidad. El análisis micro químico de las partículas de
cenizas se hizo con microscopía electrónica de barrido acoplada con
microanálisis químico por espectroscopia de energías dispersas de rayos X,
encontrándose que el biochar de la primera muestra presenta más
micronutrientes tales como Ca, Mg y P, mientras que la segunda muestra de
biochar presenta mayor contenido de Si y Al que están presentes en biomasas
de gramíneas, en cuanto a los contenidos de potasio, micronutriente importante
para el suelo, muestran contenidos típicos cercanos al 3%. Por lo que,
concluyen que el biochar obtenido con residuos leñosos (muestra 1) tuvo
mayores proporciones de carbono fijo y cualidades más propicias para
aplicarlas en fertilización de suelos ácidos con baja capacidad de retención de
agua. El biochar obtenido con biomasa residual de hojas y gramíneas (muestra
6
2), mostró mayor contenido de cenizas estabilizadoras para los suelos y más
cantidad de materia lábil, siendo más apropiado su aplicación para remediación
de suelos afectados por la industria.
El biochar o biocarbón es un producto carbonoso estable que puede mezclarse
con el suelo obtenido mediante técnicas de pirolisis. Hay diversas tecnologías
de hornos para pirolisis, las tradicionales que normalmente producen carbón
vegetal, son lentas y sin tratamiento de los gases, generando emisiones
principalmente de metano y monóxido de carbono, además de aerosoles
tóxicos q contribuyen con el aumento de gases de efecto invernadero en la
atmósfera; y los hornos de retorta donde los gases de pirolisis son devueltos a
una cámara de combustión, reduciendo las emisiones significativamente, pero
son costosos y consumen una cantidad considerable de material de ignición
para la puesta en marcha del horno. Para superar estos problemas es que
Cornelissen, G. et al. (2016) en su investigación: “Emissions and Char
Quality
of
Flame-Curtain
“Kon
Tiki”
Kilns
for
Farmer-Scale
Charcoal/Biochar Production”, proponen un nuevo tipo de tecnología para
superar estos inconvenientes, la pirolisis de cortina de llama Kon-Tiki,
produciendo un biochar de buena calidad con alto contenido de C(76 ± 9% en
peso), área superficial promedio de 11 a 215 m2g-1, alta Capacidad de
Intercambio Catiónico de 43 a 217 cmolc/kg, que está dentro del promedio para
biocarbones de arbustos leñosos, los hornos de cortina de llama emitieron
cantidades significativamente menores de CO, productos de combustión
incompleta PIC (excepto CO2) y NOx que los hornos de retorta y tradicionales,
pero mayores cantidades de CO2. La temperatura de pirolisis en estos hornos
de cortina de llama promedia los 700°C, son más altas que las de tecnologías
tradicionales o de retorta (400 – 500 °C) dando como resultado un biocarbón
más poroso y condensado, por lo que, a mayor porosidad implica una
inmovilización de contaminantes más fuerte y probablemente también una
mayor retención de nutrientes. Concluyendo que, la pirolisis de cortina de llama
Kon- Tiki es un nuevo tipo de tecnología de producción de biocarbón de bajo
costo, es un horno que puede ser construido y utilizado fácilmente por cualquier
persona, demostraron que la calidad del biocarbón producido a partir de
diversas materias primas cumple con los estándares internacionales de calidad.
7
Adicionalmente demostraron que las emisiones de gases y aerosoles fueron
muy bajas en comparación con todos los demás dispositivos tradicionales y de
retorta.
Iglesias, S. (2018) en su tesis doctoral: “Aplicación de biochar a partir de
biomasa residual de eucalipto para evaluar la productividad con maíz en
el austro ecuatoriano” tenía por objetivo establecer la viabilidad del uso del
biochar a través de dos métodos de pirolisis (lenta y rápida) validándolo con la
producción de la siembra de maíz y los efectos que se da en el suelo como
mejorador de sustrato y secuestrador de carbono, luego de determinar en
laboratorio las características físicas y químicas de las dos clases de biochar,
pruebas de germinación en semillas de maíz para determinar la dosis de
aplicación en la siembra de maíz. Luego aplicó el biochar al suelo en forma de
enmienda para determinar si el suelo era potencialmente más productivo, de
forma general pudo concluir que encontró incremento en el rendimiento del
maíz usando el biochar obtenido a partir de residuos de eucalipto. El mayor
porcentaje de germinación lo logró con una dosis media de disolución de
biochar agua, la dosis más elevada bajó el pH, lo que no resultó favorable para
la germinación de las semillas, y el biochar solo produjo acidez a las muestras
lo cual fue desfavorable para la germinación.
Con respecto a los macro elementos esenciales como fósforo y potasio
requeridos por las plantas, los análisis de laboratorio indicaron que el
porcentaje es mayor en la biomasa pirolizada, al igual que los micro elementos
como el zinc, manganeso, hierro, boro y cobre. El porcentaje de carbono fue
similar tanto para la biomasa pirolizada como para la biomasa sin pirolizar. En
todos los análisis dio como resultado que los tratamientos con pirolisis rápida
fueron mejor para el rendimiento de grano seco y su porcentaje de proteína, el
índice de área foliar y en cuanto a la altura y diámetro de la planta. En cambio,
la reserva y disponibilidad de nitrógeno en el suelo se incrementó en los
tratamientos que se adicionó biochar obtenido de pirolisis lenta.
En referencia al pH del suelo, este se incrementó con la adición de biochar, lo
cual demuestra que ayuda a compensar la acidez del suelo. El secuestro de
carbono en el suelo se incrementó en todos los tratamientos con biochar en
8
comparación con los testigos. La variación en cuanto a la densidad aparente y
porosidad del suelo también fue bastante notoria en el biochar obtenido a partir
de pirolisis lenta de ramas.
También, Díaz, C. (2017) en su tesis de grado Magister en Gestión Ambiental
“Uso de biochar de acícula de pino (Pinus pátula) como enmienda de
suelo negro andino (Andosol)”, evaluó la cantidad necesaria de biochar para
potenciar suelos para cultivo, utilizando acícula de Pinus pátula mediante el
proceso de pirolisis lenta; se realizaron pruebas en 120 macetas por cada
tratamiento, a los cuales se adicionó biochar en 2 y 4 gramos por cada 100 gr
de suelo negro andino, los cuales fueron aplicados en especies vegetales de
rápido crecimiento como el Cebollín (Allium schoenoprasum) que requiere
suelos con pH 6 – 6.8, crecimiento máximo de 45 a 60 días y Nabo Repollo
(Brassica campestris) que requiere suelos con pH 5.5 – 6.5 con crecimiento
máximo de 70 – 90 días, resultando que el biochar obtenido tenía un pH alcalino
de 8.9 por su composición orgánica y química estructural altamente resistente
a la descomposición, por lo que recomienda su utilidad para retener carbono,
además de su capacidad de retención hídrica y CIC entre otras cualidades que
aportan mejoras fisicoquímicas del suelo. Por otro lado, el biochar incorporado
a los Andosoles para formar diferentes sustratos no disminuyó la acidez del
suelo, por el contrario, bajó de 4.9 a 4.4 y 4.5 de acuerdo a las concentraciones
de biochar utilizado. Concluyendo que no toda materia seleccionada para la
elaboración de biochar mejora la productividad agrícola.
Referente a la productividad del cultivo de Nabo, de acuerdo a los tratamientos
establecidos (100+2.00gr – 100+4.00gr – C) los resultados indicaron que a los
30 y 45 días presentan un desarrollo similar en los diferentes tratamientos, a
los 60 días hasta su madurez fisiológica el tratamiento de control presenta
mayor desarrollo. De la productividad en el cultivo de cebollín, resultó que la
mayor producción se obtuvo en la muestra de andosol 100gr+2gr
(andosol+biochar), seguido de la muestra de 100gr+4.00gr (andosol+biochar)
y con menor producción en el tratamiento control, concluyendo que los cultivos
responden de forma muy variable al incorporarles biochar.
9
Como nos mencionan Forero, D. y Navarro, J. (2017), en su tesis de
investigación: “Implementación de alternativa de aprovechamiento de
residuos sólidos orgánicos mediante el proceso de pirolisis lenta para la
obtención de materiales de uso agrícola”, lograron consolidar un método
alternativo para aprovechar los residuos orgánicos de una finca con la técnica
de pirolisis lenta para obtener biochar (350 °C a 450 °C de Temperatura y 3
horas de tiempo de residencia) y usarlo como producto de enmienda, el cual
fue evaluado a nivel fisicoquímico al igual que los suelos utilizados,
incorporándolo como sustrato a cultivos de espinaca en una relación del 5% de
biochar en referencia a la masa de la parcela utilizada. Según sus resultados
obtenidos la producción de la siembra con biochar (0.73 Lb/m2) fue mayor en
relación al área cultivada sin biochar (0.59 Lb/m2), es decir un 20% en el
aumento en peso del cultivo, al igual que las plantas sembradas con biochar
tenían mayor cantidad de hojas y de mejor color y tallos más cortos.
De esta manera se concluye que el uso del biochar como mejorador orgánico
de suelo tiene múltiples variaciones en los nutrientes presentes en el suelo,
formando los escenarios óptimos para el crecimiento de los cultivos, en el
aspecto económico los ingresos por producción serán mayores. En cuanto a
los impactos ambientales se registró el descenso en la generación de residuos
sólidos. En cuanto al carbono orgánico los análisis físico químicos del suelo
tras la aplicación de biochar, dieron como resultado el incremento entre un
2.94% a 4,48%, es decir la capacidad de adsorción y retención de carbono en
el suelo aumentó, estos cambios se reflejaron en el cambio de textura del suelo
que pasó de Franco a Limoso.
También, Herrera, E. et al. (2018), en su investigación sobre: “Producción de
biocarbón a partir de biomasa residual y su uso en la germinación y
crecimiento en vivero de Capparis scabrida (Sapote)”, produjeron
biocarbones a partir de tres diferentes biomasas residuales: exoesqueleto de
langostino, coronta de maíz y cáscara de café, para estudiar su efectos en
diferentes concentraciones ( 15% y 30% del peso del contenido en bolsas de 2
Kg) en pruebas de germinación y crecimiento de semillas de sapote, luego de
caracterizar los biocarbones obtenidos
determinaron que sus áreas
10
superficiales específicas variaban entre 81 a 569 m2/g, los biocarbones de
coronta de maíz y café tenía una estructura micro mesoporosa, mientras que el
obtenido de exoesqueleto de langostino manifestó estructura mesoporosa. Los
biocarbones obtenidos de los tres tipos solo tuvieron influencia en el período de
germinación, mientras que la concentración tuvo influencia en el aumento de
masa de la parte aérea durante el desarrollo de las plántulas.
De igual forma, Huerta, A. (2019) en su tesis: “Influencia del biocarbón
elaborado con residuos sólidos orgánicos sobre la calidad y producción
del cultivo de la papa en el centro experimental ecológico de Tuyu Ruri,
noviembre 2018 a abril 2019”, en su investigación elaboró biocarbón en un
horno pirolítico artesanal a partir de los desechos orgánicos domiciliarios,
biomasa residual de eucalipto y estiércol de bovino, obteniendo así un
biocarbón con una CIC ligeramente alta de 28.6 meq/100 gr, con una relación
C/N del 24%, alta si la comparamos con otras investigaciones, para potenciar
sus efectos el biocarbón fue activado química y biológicamente con H3PO4 y
compost respectivamente, obteniendo así efectos muy benéficos en el cultivo
de la papa al aplicar concentraciones al 5%, 10% y 15% en peso de los
tratamientos, lo que se pudo evidenciar en distintos indicadores como la altura,
diámetro de los tallos y estado fitosanitario de las plantas de papa en
comparación con el cultivo sin tratamiento siendo más resistentes a
enfermedades e incluso a la recuperación de las plantas a las plagas.
Como conclusión final encontraron que el porcentaje adecuado de biocarbón
para optimizar la calidad y rendimiento del cultivo de papas fue del 10%, debido
a los resultados obtenidos en cuanto al conteo y pesaje de papas obtenidas.
Mendoza, A. (2019) en su trabajo de tesis “Compost y biochar en la
producción y calidad de vainita (Phaseolus vulgaris L.) cv. Jade en La
Molina”, evaluaron el efecto de sembrar con la aplicación de biocarbón,
composta, mezcla de composta más biocarbón y el tratamiento control, en
áreas diseñadas para la investigación con cuatro repeticiones y distribuidas al
azar, resultando que con la proporción de floración, calidad del rendimiento del
cultivo (características de la vainita como su diámetro y largo), materia seca
(hojas, tallos y fruto) y las características del suelo como la conductividad
11
eléctrica y densidad aparente, no se encontró diferencias significativas entre
los tratamientos. En tanto que la calidad de producción el cual muestra el
número de vainitas por kilo cosechado, mostró mejores resultados con el
tratamiento de biochar, pero a la vez los frutos resultaron ser más pequeños.
Con respecto al rendimiento total del cultivo fue el tratamiento con compost el
que presentó menor rendimiento (6,2 Mg/ha) y el tratamiento con mejor
rendimiento fue el que contenía biochar más compost con 10,1 Mg/ha.
Con respecto a las características del suelo, fue el pH el que tuvo
sobresalientes diferencias significativas, donde se evidenció que el tratamiento
con biochar afectó los valores hallados entre 7.35 y 8.34 de pH, lo cual era
obvio debido a las cualidades físico químicas del biochar.
En conclusión, no hubo incremento en el rendimiento del cultivo con respecto a
los tratamientos realizados comparados con el testigo. Tampoco las
concentraciones y mezclas realizadas con biochar, compost y compost más
biochar mejoraron la calidad de producción de las vainitas. Del mismo modo,
las propiedades del suelo no mostraron diferencias significativas con el uso de
los tratamientos y concentraciones propuestas.
Para nuestra investigación elegimos el Huarango (Prosopis limensis), una de
las especies del género Prosopis, porque constituye un recurso forestal
importante para los bosques secos del Perú y las zonas áridas de la costa
peruana. Los bosques secos han sabido adaptar su existencia al
aprovechamiento de las aguas subterráneas y la humedad atmosférica, entre
ellos los “huarangales”. El árbol del huarango tiene un papel sociocultural y
económico para la población costeña del sur del país, porque de su fruto se
obtiene productos altamente nutritivos como harinas, café de huarango,
huranguina, miel de abeja, las hojas sirven como forraje para crianza de
animales, su madera dura es empleada para construcción y actualmente es
convertido en carbón para todo tipo de restaurantes, especialmente las
pollerías, así como también para la destilación del pisco (Whaley y Orellana
2010). El Huarango puede vivir hasta 1000 años, como por ejemplo el
“Huarango Milenario” de Santa Cruz que se ha calculado tiene 1100 años de
edad.
12
Según(Casana y Mathez-Stiefel 2011), en un artículo de revista de
agroecología: “Reforestando los bosques de huarango: una contribución
a la restauración del paisaje cultural y natural de la costa peruana”, el
Huarango crece hasta 20 m de altura, el grosor de su tronco puede llegar a
medir 2 m de diámetro, su raíz pivotante pueden medir hasta 70 m para obtener
agua del subsuelo y sus raíces secundarias o superficiales capturan el agua de
la niebla y sus ramas captan cada gota de rocío, a medida que envejece se va
reclinando y engrosando su tronco y cuando las ramas llegan al suelo se
entierran y brotan del suelo nuevos árboles, es por eso que la población le dice:
el árbol que camina, y efectivamente así ha sido por miles de años, los árboles
madres han sido destruidos y sus hijos, los nuevos arbolitos sobreviven con sus
propios sistemas de raíces, como si crecieran por encima del suelo.
Actualmente la mayor parte de los bosques de huarango han sido deforestados,
por lo que es urgente restaurarlos, solo quedan pequeños relictos que se
mantienen por regeneración natural o cuando hay eventos naturales como el
fenómeno de El Niño, por lo que se encuentra categorizada como especie En
Peligro, de acuerdo al Decreto Supremo N° 043-2006-AG: Aprueban
Categorización de Especies Amenazadas de Flora Silvestre, en el que se
clasifica a aquellas especies amenazadas de la flora silvestre.
Es por ello que, como una contribución de nuestro proyecto de investigación a
la conservación del huarango es obtener biochar a partir de residuos de maleza
y poda, y evaluar con distintas concentraciones en sustratos la mejor respuesta
para su germinación y calidad de plántulas de esta especie forestal en peligro
crítico y así poder recuperar su población.
13
III. METODOLOGÍA
3.1. Tipo y diseño de investigación
Esta investigación es del tipo cuantitativo debido a que recogimos y
anotamos los resultados de manera secuencial y probatorio para
demostrar las hipótesis, determinar variables, analizar las mediciones
obtenidas con métodos estadísticos, para luego formar conclusiones con
respecto a las hipótesis planteadas (Roberto Hernández Sampieri, Carlos
Fernández Collado, y Pilar Baptista Lucio 2010, p. 4).
El diseño de nuestra investigación es del tipo experimental porque
manipulamos intencionalmente las variables independientes y medimos
las dependientes para los que conformamos grupos con las variables
elegidas al azar (Roberto Hernández Sampieri, Carlos Fernández Collado,
y Pilar Baptista Lucio 2010).
3.2. Variables y operacionalización
Las variables de la investigación están detalladas en el Anexo 3, donde
también se muestra su operacionalización.
Variables:
Independiente: Biochar de biomasa residual
El biochar, es un carbón vegetal, por lo mismo, también se le llama biocarbón,
y la finalidad de su obtención es optimizar las propiedades físicas y químicas
del suelo(Lehmann y Joseph 2009). La enmienda del suelo con biochar nace
como un enfoque para mitigar el cambio climático (Woolf et al. 2010) y mejorar
la producción de cultivos(Glaser, Lehmann y Zech 2002). Cuando se mezcla
con el suelo, el biochar puede ser capaz de mejorar el crecimiento de las
plantas y alterar las propiedades del suelo (Githinji 2013) (Herath, CampsArbestain y Hedley 2013) como también la disponibilidad de nutrientes.
Dependiente: Germinación y crecimiento de semillas de Prosopis
limensis.
La germinación comienza cuando la semilla seca es hidratada, llamada
embebecimiento y culmina cuando el eje embrionario o la radícula atraviesan
14
la membrana que los envuelve, llamada emergencia(Matilla 2008, p. 15), luego
la semilla se transforma en plántula donde ya será capaz de sobrevivir por sí
misma (Suárez y Melgarejo 2010).
Operacionalización (véase en el Anexo 4)
3.3.
•
Variable Independiente: Biochar
•
Variable Dependiente: Germinación y crecimiento de semillas
Población, muestra y muestreo
Población
La población fue toda la biomasa residual de maleza y poda que resulta
de los trabajos de mantención de las áreas verdes del distrito de
Cieneguilla.
Muestra
La muestra fue recolectada de la Planta de Valorización de Residuos
Orgánicos Municipales del distrito de Cieneguilla, que se encuentra
ubicado entre la Calle Puente y la Av. Malecón Lurín.
Muestreo
Para el muestreo primero se tuvo que obtener una muestra representativa
de la biomasa residual de la Planta de Valorización y mediante el proceso
de pirolisis lenta obtuvimos el biochar que usaremos como producto de
enmienda en la investigación.
Unidad muestral:
La unidad muestral fue de 1 kg de biochar para el estudio de sus
características física y químicas. Y de 45 kg para añadirlo al sustrato en
sus diferentes concentraciones y tratamientos.
3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Utilizamos más de una técnica e instrumento para recolectar nuestros
datos, que nos ayudó a establecer la validez de los resultados, las que
detallamos en la Tabla 1:
15
Tabla 1: Técnicas e instrumentos para el Trabajo de investigación
Etapa / Actividad
Medio
Técnica
Instrumento
Resultado
Recolección de muestras
de biomasa residual
(maleza y poda)
Planta de
Valorización de
Residuos Orgánicos
de Cieneguilla
Observación
Ficha de caracterización
física y química de
biomasa residual
Determinación física y
química de los
residuos de maleza y
poda.
Obtención del biochar
Reactor pirollítico
Métodos de análisis
del laboratorio.
Observación
Ficha de caracterización
física y química de
biochar
Recolección de semillas
de Prosopis limensis
(huarango)
Elaboración de sustrato y
siembra de semillas
forestales
Pruebas de germinación y
desarrollo de plántulas
Parque Ecológico
Waldorf de
Cieneguilla
Vivero Municipal de
Cieneguilla
Observación
Ficha Fenológica de
Germinación y
Crecimiento de Semillas
de Prosopis limensis con
aplicación de biochar
Observación
Ficha de contenido
orgánico del suelo (antes,
durante y después de la
siembra)
Evaluación de carbono
orgánico en el suelo
Vivero Municipal
Determinación de
características físicas
y químicas del biochar
Obtención de semillas
en buen estado para
su germinación
Obtención de
unidades
experimentales
Porcentaje de
germinación y
crecimiento de
plántulas
Contenido de
Carbono orgánico en
el suelo
Fuente: Elaboración de los autores
A continuación, en la Tabla 2, presentamos a los tres expertos analistas,
investigadores de la propuesta
del problema del proyecto de
investigación, quienes dieron validez y confiabilidad de los instrumentos.
Se adjuntan fichas en Anexo 5.
Tabla 2: Expertos que validarán los instrumentos
N°
Expertos
Especialidad
C.I.P.
1
Ordoñez Gálvez, Juan Julio
Hidrólogo Ambiental
89972
2
Castañeda Rodríguez, Wilson
Ing. Químico
34417
3
Baltazar Vela, Oscar
Ing. Forestal
135177
Fuente: Elaboración de los autores
La Tabla 3, muestra la calificación en porcentaje a la validación de los
instrumentos de investigación de cada experto. Con más detalle en Anexo
6:
16
Tabla 3: Validación de los instrumentos por cada experto
Expertos
N°
Instrumento
Porcentaje de Validación %
Ordoñez
Gálvez,
Juan Julio
1
Ficha de ubicación
2
Ficha de caracterización física y química de biomasa
residual
3
Ficha de caracterización física y química de biochar
4
Ficha Fenológica de Germinación y Crecimiento de
Semillas de Prosopis limensis con aplicación de biochar
5
Ficha de contenido orgánico del suelo
Castañeda Baltazar
Rodríguez, Vela,
Wilson
Oscar
90.00
92.1
87.6
89.9
Promedio Total de validación
Fuente: Elaboración de los autores
3.5. Procedimientos
El proyecto de investigación se realizó en seis etapas que se indica en la
Figura 1:
Etapa 1
Etapa 4
Recolección y
caracterización de biomasa
residual para biochar.
Elaboración de sustrato
(biochar, tierra, arena) y
cultivo de semillas forestales
(Prosopis limensis)
Etapa 5
Pruebas de
Germinación de
semillas de Huarango y
crecimiento de las
plántulas.
Etapa 2
Pirólisis lenta,
obtención de biochar
Etapa 3
Caracterización
físico química del
biochar obtenido y
biochar activado
biológicamente.
Etapa 6
Contenido de Carbono
orgánico en el suelo
(secuestro de CO2)
Figura 1: Diagrama general del Proyecto de Investigación
17
3.5.1. Etapa 1: Recolección y caracterización de biomasa residual
Las muestras de biomasa residual se obtuvieron de la Planta de Valorización
de Residuos Orgánicos Municipales del distrito de Cieneguilla, provincia y
departamento de Lima (Figura 2 y Tabla 4), en el valle costeño de la Cuenca
del Río Lurín y que colinda con el Vivero Municipal:
Planta de
Valorización
Fuente: Imagen Satelital obtenida de Google Earth 2018
Figura 2: Ubicación de Planta de Valorización de Cieneguilla
Tabla 4: Ubicación geográfica de la Planta de Valorización de Cieneguilla
Coordenadas UTM
Nombre
Planta de Valorización de
Residuos Orgánicos
Municipales de Cieneguilla
Este
302152
Norte
8658666
Altitud
m.s.n.m.
Referencia
245
Vivero Municipal (entre
Calle Puente y Av.
Malecón Lurín)
Fuente: Elaboración de los autores
Del mantenimiento y gestión de las áreas verdes públicas y privadas se generan
restos de poda y maleza los que son depositados en los puntos temporales de
acopio de maleza designados por la Municipalidad, para luego ser trasladados a
la Planta de Valorización, mensualmente se reciben entre 10 a 30 toneladas de
biomasa residual(Municipalidad Distrital de Cieneguilla 2020).
La Figura 3,
muestra la clasificación por tipo de biomasa residual que llega hasta la Planta de
18
Valorización de Residuos Orgánicos Municipales, como producto del trabajo y
cuidado de las áreas verdes del distrito:
TIPO DE BIOMASA RESIDUAL EN LA PLANTA DE VALORIZACIÓN
(%)
Corte de grass;
35.56
Inflorescencia; 0.40
Hojas; 3.26
Semillas; 0.35
Otros; 14.49
Leñoso delgado;
37.15
Leñoso grueso;
5.45
Leñoso medio;
3.34
Fuente: Gerencia de Servicios a La Ciudad y Medio Ambiente: Reporte de Control de
Recolección de Residuos Sólidos Orgánicos - Actividad 2, Meta 3, P.I. Municipales, 2020
Figura 3: Tipo de biomasa residual que llega a la Planta de Valorización
Con esta biomasa (Figura 4), se conforman pilas de compostaje, cada pila está
conformada aproximadamente por 8 toneladas de biomasa que tardarán unos 4
meses en degradarse y transformarse en un compost maduro y listo para ser
usado como mejorador de suelo en las áreas verdes y vivero municipal del
distrito.
Figura 4: Biomasa residual de la Planta de Valorización
19
El sistema de compostaje que se realiza es totalmente manual con la colaboración
de tres a cuatro operarios por día para las labores de selección, formación, volteo,
humedecimiento y cosecha de las pilas de compost, además de compartir sus
labores con las tareas propias de un Vivero Municipal. En ese sentido, hay un gran
excedente en volumen de ramas (leñoso medio y delgado), troncos (leñoso
grueso) y otras partes duras con alto contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina
que llegan hasta la planta como se muestra en la Figura 5:
Figura 5: Labores de volteo y selección manual de biomasa
no compostable
A continuación, en la Figura 6, mostramos el esquema de la implementación de la
alternativa de valorización de biomasa residual no compostable, a través de la
técnica de pirólisis lenta para obtener biochar:
Gas
Residuos Sólidos
Orgánicos
(Biomasa residual)
Clasificación manual
Biomasa no compostable
Biomasa compostable
Vermicompost
Reactor
Pirolítico
Aceites e
hidrocarburos
Biochar
Compost
Fuente: Elaboración de los autores
Figura 6: Diagrama de flujo general de la Planta de Valorización de Residuos
Orgánicos Municipales de Cieneguilla
20
La caracterización de la biomasa residual no compostable para la producción del
biochar, se realizó con una muestra representativa a la que se le pesó, se clasificó
por especies, cada sub grupo se pesó para obtener el valor en porcentaje que
representa en la Planta de Valorización (Figura 7).
Figura 7: Caracterización de biomasa residual de la Planta de Valorización de Cieneguilla
3.5.2. Etapa 2: Pirólisis Lenta: Obtención de biochar
El proceso para la producción y obtención de biochar en la Planta de
Valorización de Residuos Orgánicos de Cieneguilla, es con un reactor
pirolítico de techo abierto, de forma cónica, conocido también como la
técnica de pirolisis lenta de cortina de llama, que produce un biochar de
buena calidad, en cantidades grandes, poco tiempo y a poco costo. Este
prototipo de reactor pirolítco (Figura 8) de oxígeno controlado es un
modelo simple, barato y se puede adecuar a cualquier lugar y proyecto,
está fabricado de una plancha de fierro de 3 mm, utiliza la biomasa para
producir su propia energía y así generar la combustión. Se tiene que
mencionar que en este reactor no se puede controlar la temperatura de
forma automática, ya que como se indicó este horno no necesita un
agente externo para la combustión. Su capacidad para pirolizar es de
hasta 300 kg por vez, en 3 horas aproximadas.
21
Figura 8: Reactor pirolítico de la Planta de Valorización de Cieneguilla
En la Figura 9, se aprecia cuando el horno alcanza su temperatura óptima
de trabajo, entre 650 °C a 700 °C, casi no se ven humos y la combustión
se hace estable, el anillo protector que se agrega al horno y que sobrepasa
al borde del horno en unos 10 cm evita que el aire frio del ambiente entre
directamente
al
horno,
al
contrario,
el
anillo
proporciona
un
precalentamiento del aire evitando que los humos y el fuego salgan por los
laterales del reactor, también evita que las paredes del horno se enfríen
con viento exterior y por último el anillo evita que el personal a cargo del
pirolizado sufra de quemaduras, ya que el anillo no calienta a más de 60°C.
Figura 9: Horno pirolítico con anillo protector a temperatura
óptima de trabajo (650°C – 700°C).
22
El horno tiene un diámetro mayor de 1,30 m, diámetro menor de 0,60 m,
altura de 1,00 m y un ángulo de inclinación de 63° (Figura 10), su forma
cónica hace que el biochar resultante se compacte y forme esa cortina de
llama consistente en la parte superior del horno y como consecuencia poca
presencia de oxígeno, las paredes de fierro irradian el calor de la pirólisis y
como consecuencia la distribución uniforme de la temperatura en todo el
horno, dando como resultado un biochar homogéneo y de buena calidad.
Fuente: DEPROY INGENIEROS S.A.
Figura 10: Plano del reactor pirolítico de la Planta de Valorización
El proceso comienza encendiendo un poco de maleza fina y seca como ichu
y ramitas delgadas en el fondo del horno, con el fuego ardiendo se genera
un flujo de aire que se eleva por las paredes inclinadas del horno, en ese
momento y cuando se forma una llama constante se agrega la primera carga
regular de biomasa, entonces formamos una primera capa pareja en el fondo
del reactor, pero no muy gruesa, después de uno 10 minutos la biomasa se
recubre con ceniza blanca, indicándonos que el material para biochar ha
logrado la temperatura para pirólisis (Figura 11).
23
Figura 11: Inicio del proceso de pirólisis
Con la primera capa recubierta de ceniza blanca (Figura 12c), se agrega la
segunda carga de biomasa asegurando así la llama constante sobre lo que se
debe pirolizar consumiendo oxígeno por convección y quemando los humos,
cuidando así el carbón y realizando una quema limpia. Repetimos este proceso
cada diez minutos en promedio hasta unos 10 cm debajo del borde del horno
(Figura 12d), para asegurar una carbonización homogénea, para la última capa
procuramos echar ramas delgadas y pequeñas de lo contrario la biomasa final
no será carbonizada en forma completa y puede generar exceso de cenizas.
a)
b)
c)
d)
24
Figura 12: a) y b) Pesado de biomasa para Pirólisis. c) Momento en que la capa superior de
biomasa se cubre con ceniza blanquecina, es el momento propicio para agregar la siguiente
carga. d) Se deja como mínimo 10 cm debajo del borde superior del horno pirolítico para una
buena carbonización de la biomasa.
Con este tipo de horno pirolítico se requiere el trabajo de al menos una persona
para incorporar manualmente las cargas de biomasa al reactor, la cual no
necesita que sea de un mismo tamaño o especie, puede ingresar biomasa
gruesa sin picar de hasta 1.20 m de largo, poda fresca, leño verde, pero eso sí,
el tiempo de carbonización se alarga en comparación si usamos biomasa seca
y de pequeño tamaño. Para finalizar la pirólisis, se retira el anillo del cilindro
(Figura 13a) y se voltea para retirar el biochar obtenido (Figura 13b), el
enfriamiento lo hacemos con agua que fluye por una manguera que en contacto
con el biochar produce vapor de agua (Figura 13c), el enfriamiento es lento y
hasta observar que no haya brasa viva o carbón incandescente, luego se pesa
para ver el rendimiento del proceso y la cantidad de biochar obtenido (Figura
13d).
a)
b)
c)
d)
Figura 13: a) Retiro del anillo del horno. b) Volteado del horno para enfriar biochar. c)
Enfriamiento de biochar. d) Biochar obtenido mediante la técnica de pirólisis lenta.
25
Como resultado obtuvimos un biochar aparentemente de buena calidad y con
alta temperatura, siendo adecuado para incorporarlo a las pilas de compostaje
(Figura 14a), como sustrato en el Vivero Municipal (Figura 14b) y en las
unidades experimentales de nuestra tesis.
a)
b)
Figura 14: a) Biochar incorporado desde el principio del compostaje, Biochar activado
biológicamente. b) Biochar añadido al sustrato de plantas forestales y ornamentales.
3.5.3. Etapa 3: Caracterización físico química del biochar obtenido.
El biochar que se obtuvo por pirolisis lenta (Figura 15a) y el biochar
activado (Figura 15b), se caracterizaron en el Laboratorio de Análisis de
Suelos y Plantas de la Universidad Agraria La Molina, los parámetros
analizados
fueron:
Conductividad
eléctrica,
pH,
Humedad
(%),
Capacidad de Intercambio Catiónico, Carbono Orgánico (%), N, P, K, Ca,
Mg, Na, He, Cu, Zn, Mn, B, Pb, Cd, Cr, entre otros.
a)
b)
Figura 15: a) Muestra de biochar obtenido por pirólisis lenta. b) Muestra de biochar
activado en pila de compostaje por 4 meses.
26
3.5.4. Etapa 4: Elaboración del sustrato y cultivo de semillas forestales
a.- Recolección de semillas de Prosopis limensis:
Las semillas de Prosopis limensis se obtuvieron de los frutos secos
caídos al suelo de los árboles de Huarango del Parque Waldorf, ubicado
en la Tercera Etapa del Distrito de Cieneguilla (Figura 16). Los frutos son
una legumbre (vaina) de color amarillo parduzco, de forma semicurvada,
de 8 cm de largo por 1 cm de ancho en promedio, cada fruto o vaina
alberga de 10 a 12 semillitas de color pardo de 0.5 cm de diámetro en
promedio y de tegumento duro.
Figura 16: Obtención de semillas de Prosopis limensis, Parque Waldorf - Cieneguilla
La extracción de semillitas se hizo de forma manual, evitando causarles
daño (Figura 17a), se separó en un recipiente y se remojaron con agua a
temperatura ambiente por 24 horas antes de sembrarlas (Figura 17b),
este método ancestral de hidratación de las semillas asegura y acelera
27
un mayor porcentaje de germinación, ya que ablanda la cutícula de la
semilla y lavamos algunas sustancias que puedan inhibir la germinación.
Las semillas que quedaron flotando después del remojo se descartaron,
ya que estas no dan buenas plantas o no germinan. Antes del ensayo de
experimentación se realizó una prueba de viabilidad de germinación con
algunas semillas en las camas de almácigo del Vivero Municipal,
resultando que germinaron en un promedio de 5 días, por lo que se
procedió con el diseño experimental de la tesis al considerarlas viables.
a)
b)
Figura 17: a) Semillas de Prosopis limensis. b) Hidratación de semillas para
acelerar la germinación.
b.- Preparación del sustrato:
El sustrato se elaboró a base de arena del río Lurín (Figura 18a) más
tierra de chacra de la zona (Figura 18b), se homogeneizó una mezcla de
210 kg de sustrato, con proporciones de 2 de tierra por 1 de arena, es
decir, utilizamos 140 kg de tierra (67%) y 70 kg de arena (33%) (Figura
18c), con esta mezcla se prepararon los tratamientos: sustrato solo como
control y mezclas volumétricas de sustrato más biochar recién
obtenido(Figura 19a) y sustrato más biochar activado biológicamente en
pilas de compostaje (Figura 19b). Luego llenamos estos tratamientos en
bolsas negras de almácigo de 20 x 15 cm (Figura 19c).
28
a)
b
)
c)
Figura 18: a) Arena del Río Lurín. b) Tierra de chacra de la zona. c) Mezcla homogénea de
tierra más arena para sustrato de ensayo experimental.
a)
b)
c)
Figura 19: a) Preparación de tratamientos: Biochar recién obtenido. b) Biochar activado.
c) Mezcla en sustrato para llenar en bolsas de almácigo
29
Previo a las pruebas de germinación se tomó una muestra de 1 kg del
sustrato solo (Figura 20), usado como control para mandarlo al laboratorio
y realizarle los análisis físicos y químicos, sobre todo la de evaluación de
carbono orgánico en el suelo.
Figura 20:Muestra de sustrato (arena de río más
tierra) para prueba en laboratorio
c.- Tratamientos utilizados
Partiendo del sustrato preparado para la prueba de germinación
utilizamos tres tratamientos, como se muestra en la Tabla 5. Los
tratamientos fueron sustrato más biochar, sustrato más biochar activado
y sustrato solo usado como tratamiento control. Las concentraciones de
biochar recién obtenido y biochar activado fueron al 0%wt, 10%wt, 20%wt,
30%wt, con 15 repeticiones por cada tratamiento.
Tabla 5: Descripción de los tratamientos y concentraciones utilizados:
Tratamientos
Abreviatura
Concent. de biochar
en el sustrato
%w
Código
Nro.
Repet.
Sustrato (tierra
+ arena)
C
0%
T1
15
10%
T2
15
20%
T3
15
30%
T4
15
10%
T5
15
20%
T6
15
30%
T7
15
Sustrato +
biochar
Sustrato +
biochar activado
S+B
S+BA
Elaboración: propia de los autores
30
d.- Diseño experimental
Realizamos siete tratamientos y quince repeticiones por cada
tratamiento, formando en total de 105 unidades experimentales (Figura
21).
Las unidades experimentales fueron distribuidas siguiendo un
diseño completamente al azar con 7 tratamientos y 15 repeticiones.
La Tabla 6 representa el diseño completamente al azar que aplicamos
para la siembra de semillas de Huarango (Prosopis limensis). Con los
tratamientos listos, se echaron en bolsas negras de almácigo, señaladas
con un código, por tipo de tratamiento y concentración porcentual de
biochar.
Tabla 6: Distribución de los tratamientos en 105 unidades experimentales
Diseño experimental para siembra de Prosopis limensis
Ubicación de los tratamientos
T3 R3
T1 R1
T5 R1
T3 R1
T6 R1
T4 R1
T7 R1
T4 R2
T2 R2
T5 R2
T3 R2
T6 R2
T1 R2
T7 R2
T2 R1
T6 R3
T1 R3
T5 R3
T2 R3
T4 R3
T7 R3
T1 R4
T2 R4
T5 R4
T3 R4
T6 R4
T7 R4
T4 R4
T7 R5
T2 R5
T5 R5
T3 R5
T6 R5
T4 R5
T1 R5
T3 R6
T6 R6
T2 R6
T7 R6
T1 R9
T5 R6
T4 R6
T1 R6
T6 R7
T4 R7
T7 R7
T2 R7
T5 R7
T3 R7
T3 R8
T2 R8
T1 R7
T7 R8
T7 R8
T5 R8
T4 R8
T3 R9
T6 R9
T4 R9
T1 R8
T2 R9
T5 R9
T7 R9
T3 R10
T6 R10
T4 R10
T7 R10
T2 R10
T1 R10
T5 R10
T7 R11
T2 R11
T6 R11
T3 R11
T4 R11
T1 R11
T6 R15
T7 R12
T1 R12
T6 R12
T3 R12
T4 R12
T5 R12
T2 R12
T7 R13
T2 R13
T6 R13
T1 R13
T4 R13
T5 R13
T3 R13
T3 R14
T2 R14
T1 R14
T7 R14
T4 R14
T5 R14
T6 R14
T7 R15
T2 R15
T5 R11
T3 R15
T1 R15
T5 R15
T4 R15
Elaboración: propia de los autores
31
Figura 21: Montaje del diseño experimental en bolsas de almácigo con mezclas de
sustrato y biochar para siembre de Prosopis limensis.
e.- Montaje del diseño experimental
La prueba de experimentación antes de la siembra comenzó la última
semana de diciembre del 2020 en el Vivero Municipal de Cieneguilla.
El procedimiento fue así: Primero pesamos la cantidad necesaria de
sustrato para cada tipo de tratamiento y se echó dentro de una carretilla.
A continuación, se añadió a la carretilla la cantidad de tipo de biochar
correspondiente a cada tratamiento, y para conseguir una buena mezcla,
homogénea, se voltearon varias veces (Figura 22a).
Finalmente, el 31 de diciembre del 2020, en cada bolsa de almácigo se
depositaron dos semillas de Prosopis limensis con 2 000 gramos de la
mezcla a cada uno de las 105 unidades experimentales (Figura 22b). Las
bolsas se colocaron al azar sobre el suelo y sin cubierta, las que
permanecieron en condiciones ambientales.
32
a)
b)
Figura 22: a) Preparación de unidades experimentales por cada tratamiento.
b) Siembra de semillas en bolsas de almácigo para prueba de germinación.
En la Tabla 7, se describe la cantidad de sustrato y biochar usado en
cada tratamiento:
Tabla 7: Cantidades de sustrato más biochar usado en cada tratamiento
Tratamientos
Sustrato (tierra +
arena)
Sustrato +
biochar
Sustrato +
biochar activado
Cantidad
en el
sustrato
%w
Peso
sustrato
g
Peso
biochar
g
Código
Repet.
0%
2 000
0
T1
15
10%
1 800
200
T2
20%
1 600
400
30%
1 400
10%
Cant.
Total de
Sustrato
g
Cant.
Total de
Biochar
g
30 000
0
15
27 000
3 000
T3
15
24 000
6 000
600
T4
15
21 000
9 000
1 800
200
T5
15
27 000
3 000
20%
1 600
400
T6
15
24 000
6 000
30%
1 400
600
T7
15
21 000
9 000
174 000
36 000
Total
Elaboración: propia de los autores
3.5.5. Etapa 5: Pruebas de Germinación de semillas de Huarango y
crecimiento de las plántulas
Estas pruebas las realizamos en el Vivero Municipal, donde se evaluaron
las respuestas de las semillas ante el biochar obtenido por pirólisis lenta,
33
el objetivo de estas pruebas de germinación fue determinar su efecto ante
la adición de biochar recién obtenido y biochar activado biológicamente,
para establecer la concentración más adecuada para la producción de
plantones de Huarango.
Los parámetros que medimos para evaluar la germinación de semillas de
la especie Prosopis limensis, fueron el número de días hasta el inicio de
la germinación y el porcentaje de germinación. Se evaluó también su
crecimiento a través de la longitud y materia seca.
a.- Semillas utilizadas
Para este ensayo, se emplearon semillas de Prosopis limensis
(Huarango) obtenidas de los frutos caídos al suelo de los árboles
ubicados en el Parque Waldorf de Cieneguilla. Utilizamos la cantidad de
210 semillas en total, 2 por unidad experimental.
Las semillas se colocaron manualmente en las bolsas de almácigo, a una
profundidad de siembra de 3,5 cm (Figura 23).
Figura 23: Colocación de semillas de Prosopis limensis.
b.- Pruebas de viabilidad de germinación
Realizamos una prueba de viabilidad de germinación con algunas
semillas en las camas de almácigo del Vivero Municipal sin ningún
34
tratamiento, solo los hidratamos con agua del vivero por 24 horas,
resultando que germinaron en un promedio de 5 días, por lo que se
procedió con el diseño experimental de la tesis al considerarlas viables.
c.- Condiciones climáticas durante la investigación
Durante el tiempo que se realizó la investigación, Cieneguilla registró
temperaturas promedio de 23 °C, según datos obtenidos de la Estación
Von Humboldt de la web de SENAMHI. De igual forma, la humedad
relativa promedio fue de 71.3 %.
La etapa de pruebas de germinación y crecimiento de semillas de
Prosopis limensis tuvo una duración de 50 días, comprendido desde el
31 de diciembre del 2020 hasta el 19 de febrero del 2021. La Tabla 8
muestra los datos meteorológicos de temperatura y humedad resumidos
por semana durante esta etapa.
Tabla 8: Datos de temperatura y humedad relativa en Cieneguilla, durante la etapa
de pruebas de germinación de semillas de Prosopis limensis.
Mes
Enero
Febrero
Semana
1
2
3
4
5
6
7
8
Tem.
Media
°C
22.7
22.9
22.3
23.2
23.5
22.9
22.9
23.8
Tem. Max.
°C
Tem. Min
°C
Humedad
Relativa (%)
26.8
27.2
26.6
27.7
28.9
27.9
27.5
29.7
18.7
18.5
18.0
18.6
18.0
17.9
18.3
17.9
74.8
75.6
76.0
72.8
68.3
63.0
71.8
68.0
Fuente: Estación Meteorológica Automática Von Humboldt (Lima, Lima, La
Molina)
Lat.12°4´55.95´´ S Long. 76°56´21.52´´ O. Alt. 247 msnm.
SENAMHI
d.- Germinación de semillas y variables tomadas
Se sembró las semillas de huarango el día 31 de diciembre del 2020, ese
mismo día se realizó el primer riego hasta alcanzar su capacidad de
campo. Se pusieron dos semillas por bolsa, y, a los 15 días se realizó el
raleo, dejando en la bolsa la que germinó primero y embolsando en otra
35
bolsa (fuera del estudio) de almácigo la otra para que siga
desarrollándose el plantoncito de Prosopis limensis.
A todas las unidades experimentales se les proporcionó la misma
cantidad de agua de pozo subterráneo que se usa en el Vivero Municipal,
de acuerdo a la capacidad de campo de las bolsas de almácigo, según
mostramos en la Tabla 9 y Figura 24.
Tabla 9: Distribución del riego durante las pruebas de germinación y
crecimiento
Fecha
N° de riego
Volumen (ml)
31-12-20
06-01-21
11-01-21
16-01-21
21-01-21
26-01-21
30-01-21
03-02-21
08-02-21
12-02-21
17-02-21
1er. riego
2do. riego
3er. riego
4to. riego
5to. riego
6to. riego
7mo. riego
8vo. riego
9no. riego
10mo. riego
11vo. riego
750
600
500
500
500
500
500
500
500
500
500
Fuente: Elaboración propia
Figura 24: Riego de plántulas durante pruebas de germinación
Las variables evaluadas fueron las siguientes:
▪
Porcentaje de germinación
Se consideró semilla germinada cuando la radícula alcanzó una
emergencia de 2 mm de longitud. Luego de hacer un conteo visual se
anotó el número de plántulas germinadas en cada unidad experimental.
36
Se anotó diariamente desde el siguiente día de la siembra hasta el último
día de obtención de datos finales de germinación (30 días después de la
siembra).
▪
Altura (elongación) de planta (cm)
Se tomaron datos de la altura de las plántulas al último día (a los
cincuenta días) del experimento, desde el cuello del tallo hasta la altura
(cm) de la pinna mayor, sin extenderlas.
▪
Longitud de raíz (cm)
Se tomó el dato el día final del experimento (cincuenta días) a las raíces
de los plantones por cada tratamiento.
▪
Cantidad de pinnas o peciolos
Se tomó el dato el día final del experimento (cincuenta días) a la cantidad
de pinnas, peciolos o nudos de los plantones por cada tratamiento.
3.5.6. Etapa 6: Contenido de Carbono orgánico en el suelo (adsorción de
CO2)
a.- Caracterización del sustrato al inicio del sembrado:
Se tomaron muestras del sustrato antes de la siembra de las semillas de
Prosopis limensis siguiendo la metodología descrita en “Guía para la
determinación de Carbono en pequeñas propiedades rurales”,
(Rügnitz, Chacón y Porro 2009, p. 44-48), en la que indican que la
profundidad mínima de la toma de muestra debe ser de 15 cm y 1 kg en
peso para realizar los análisis físico químicos.
Los análisis que se realizaron fueron: pH, Conductividad eléctrica,
Textura, Nitratos, Cu, Mn, Fe, Zn, K, Ca, Mg, Na, S, B, P, Saturación de
humedad, Densidad aparente, Materia orgánica y Carbono orgánico. Los
parámetros fueron evaluados en el Laboratorio de Análisis de Suelos y
Plantas de la Universidad Agraria La Molina.
37
b.- Caracterización del sustrato durante la germinación y al finalizar
el ensayo:
Durante la siembra y germinación de las semillas de Prosopis limensis, y
al finalizar el ensayo, también se tomaron muestras adicionales, una al
mes de la siembra y la otra al finalizar el ensayo, donde nos enfocamos
en la medición de Carbono Orgánico, de esta forma los resultados se
pudieron relacionar con la disminución de CO2, que fue equivalente a
medir el aumento de captura de carbono del suelo. Según la Guía para
la determinación de Carbono en pequeñas propiedades rurales (Rügnitz,
Chacón y Porro 2009), tuvimos en cuenta lo siguiente:
▪
Para la profundidad de toma de muestra, se recomienda medir el
contenido de carbono en el sustrato a una profundidad 15 cm
como mínimo, ya que las concentraciones de carbono orgánico
son mayores en las primeras capas y disminuyen drásticamente
según aumenta la profundidad del suelo.
▪
Según condiciones del laboratorio debimos sacar por lo menos
1000 g de muestra en una bolsa de plástico, lo cual hicimos de las
unidades experimentales que no germinaron.
Los parámetros físicos y químicos se evaluaron en el Laboratorio de
Análisis de Suelos y Plantas de la Universidad Agraria La Molina.
c.- Contenido de Carbono Orgánico del suelo:
Este parámetro fue calculado teniendo en cuenta la metodología
explicada en la “Guía para la determinación de Carbono en pequeñas
propiedades rurales” (Rügnitz, Chacón y Porro 2009, p. 49-50) y con
los datos obtenidos de los análisis físico químico de las muestras de
sustrato.
38
Cálculo del carbono almacenado en el suelo:
𝑪𝑶𝑺 = [𝑪𝑶𝑺] ∗ 𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 ∗ 𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅 ∗ (𝟏 − 𝒇𝒓𝒂𝒈) ∗ 𝟏𝟎 (1)
Donde:
COS= Contenido de carbono orgánico en el suelo (tc/ha).
[𝑪𝑶𝑺]: Concentración de carbono orgánico del suelo en una determinada masa de
suelo, la que se obtendrá de los resultados de ensayos del laboratorio (gC/kg de
suelo).
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆= masa de suelo por volumen de muestra (t de suelo/m3).
𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅=profundidad del horizonte o espesor de la capa de suelo, en
metros (m).
𝒇𝒓𝒂𝒈= Volumen porcentual de fragmentos gruesos/100, sin dimensiones.
𝑶𝒃𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒄𝒊ó𝒏= Utilizaremos el factor por 10 para convertir las unidades a tC/ha.
Las cantidades de carbono presentes en las diferentes etapas de la
investigación, las calculamos mediante la siguiente ecuación:
Donde:
𝑰𝒏𝒄𝒓𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒃𝒐𝒏𝒐 = 𝑪𝑶𝑺𝟐 − 𝑪𝑶𝑺𝟏
(2)
COS2=Cantidad de carbono orgánico final de la muestra trabajada (Tc/ha)
COS1= Cantidad de carbono orgánico inicial de la muestra trabajada (Tc/ha)
Por último, se procede a calcular el CO2e, considerando que:
1 tC = 3.67 tCO2e/ha
3.6. Método de análisis de datos
Para almacenar datos recolectados durante el desarrollo experimental de
la investigación usamos Microsoft Excel.
Para analizar los resultados obtenidos de las variables usamos el análisis
estadístico de varianza (ANDEVA), con un nivel del 0.05, con el que se
pudo aceptar o rechazar las hipótesis planteadas.
Con la finalidad de determinar que tratamiento fue mejor utilizamos la
prueba de comparación múltiple Tukey, con una significación del 5%.
39
3.7. Aspectos éticos
Nuestro proyecto de investigación respetó las normas establecidas en la
Resolución del Consejo Universitario N° 0126/UCV Trujillo - del 23 de
mayo del 2017, en ese marco y de acuerdo al Art. 15°, nos
comprometimos a respetar la propiedad intelectual, citando las fuentes y
autores de trabajos relacionados a nuestra investigación.
De acuerdo también con el Capítulo III, Art. 13, donde nos
comprometemos por la protección del ambiente y la biodiversidad de
nuestra nación.
La revisión para detectar posibles plagios se dió con el programa llamado
TURNITIN, el cual tiene por fin dar el servicio de prevención de plagio,
siendo nuestro compromiso como alumnos e investigadores que la
investigación sea original.
40
IV. RESULTADOS
Según los objetivos planteados, obtuvimos los siguientes resultados:
4.1. Caracterización física y química de biomasa residual para elaboración
del biochar
En primer lugar, se sacó una muestra representativa de 250 kg (250 000
gramos) de biomasa residual para determinar la composición de los tipos de
residuos sólidos que llega hasta la Planta de Valorización, previamente
hicimos tres cuarteos para no perder las características verdaderas de la
biomasa residual, siguiendo la Metodología del Cuarteo de Montoya, A.
(Montoya 2012) los resultados se dan a conocer en la Tabla 10, Figura 25 :
Tabla 10: Caracterización de Biomasa residual que llega a la Planta de
Valorización:
Corte de grass
Peso
(g)
88 900
Porcentaje
(%)
35.56
Inflorescencia
Semillas
Hojas
Leñoso delgado
Leñoso medio
Leñoso grueso
Otros
Total
1 000
900
8 200
92 800
8 400
13 600
36 200
250 000
0.4
0.36
3.28
37.12
3.36
5.44
14.48
100.00
Biomasa Residual
Elaboración: propia de los autores
BIOMASA RESIDUAL EN LA PLANTA DE
VALORIZACION DE RESIDUOS ORGÁNICOS
Otros
14.48%
Leñoso grueso
5.44%
Leñoso medio
3.36%
Corte de grass
35.56%
Inflorescencia
0.40%
Leñoso delgado
37.12%
Semillas
Hojas 0.36%
3.28%
Figura 25: Tipo de biomasa residual que llega a la Planta de Valorización
41
La caracterización física de la biomasa residual no compostable (leñoso
delgado, medio y grueso) para la producción del biochar, se realizó con una
muestra representativa salida de la formación de pilas de compostaje y de la
zona donde se recepcionan los restos de maleza y poda en la Planta de
Valorización de Residuos Orgánicos.
Toda la muestra de biomasa residual no compostable: leñoso delgado,
leñoso medio y leñoso grueso, se dividió por especies y cada grupo de
especies fue pesado (gramos), la sumatoria de los grupos por especies dio
el total y cada peso grupal dio como resultado el valor en porcentaje de
biomasa residual no compostable para obtención de biochar que representa
en la Planta de Valorización. Los resultados de la caracterización realizado
el día 29 de diciembre del 2020 se presentan en la Tabla 11 y Figura 26.
Tabla 11: Caracterización Física de biomasa residual no composable (leñosos
delgados, medios y gruesos) para obtención de biochar
Peso
(g)
Especie residual
Palmeras Arecáceas (familia Arecaceae)
Ficus (Ficus benjamina)
Molle (Schinus molle)
Huarango (Prosopis limensis)
Carrizo (Phragmites australis)
Pino (Genero Pinus)
Buganvilla o bugambilia (género Bougainvillea)
Eucalipto (Eucaliptus glóbulus)
Croton (Género Codiaeum)
Ichu (Stipa ichu)
Chilco (Fuchsia magellanica)
Lantana (Lantana sp)
Casuarina (Casuarina sp)
Granada (Punica granatum)
Bambú (sub familia Bambusoideae)
Huaranguillo (Acacia horrida)
Otros
Total
Porcentaje
(%)
17 200
16.05
18 100
16.89
13 400
12.50
11 200
10.45
1 700
1.59
10 900
10.17
900
0.84
2 400
2.24
680
0.63
900
0.84
2 400
2.24
800
0.75
5 200
4.85
2 800
2.61
7 400
6.90
1 300
1.21
9 900
107 180
9.24
100.00
Elaboración: propia de los autores
42
CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE BIOMASA RESIDUAL QUE INGRESA A
PIRÓLIISIS LENTA PARA OBTENCIÓN DE BIOCHAR
Otros (laurel, rosales, frutales, ciprés)
9.24
Huaranguillo (Acacia horrida)
1.21
ESPECIE DE BIOMASA RESIDUAL
Bambú (sub familia Bambusoideae)
6.9
Granada (Punica granatum)
2.61
Casuarina (Casuarina sp)
4.85
Lantana (Lantana sp)
0.75
Chilco (Fuchsia magellanica)
2.24
Ichu (Stipa ichu)
0.84
Croton (Género Codiaeum)
0.63
Eucalipto (Eucaliptus glóbulus)
2.24
Buganvilla o bugambilia (género Bougainvillea)
0.84
Pino (Genero Pinus)
10.17
Carrizo (Phragmites australis)
1.59
Huarango (Prosopis limensis)
10.45
Molle (Schinus molle)
12.5
Ficus (Ficus benjamina)
16.89
Palmeras Arecáceas (familia Arecaceae)
16.05
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
PORCENTAJE %
Figura 26: Caracterización Física de biomasa residual no compostable para
obtención de biochar, especies de madera leñosa gruesa, mediana y delgada que
entran al proceso de pirólisis lenta.
Según lo mencionado por Echresh, Z. et al. (2020), la biomasa residual de la
planta de valorización, es una biomasa lignocelulósica por su procedencia
(restos de poda de árboles y arbustos provenientes de áreas públicas y
privadas), el contenido típico en peso de celulosa es alrededor de 40-50%,
entre 20-40% en peso de hemicelulosa y del 10-40% en peso de lignina.
Además, los árboles por lo general tienen más lignina pero menos cenizas
que el ichu o el grass (Maia, Madari y Novotny 2011)
A la Planta de Valorización llegan biomasa residual de maderas duras
(dicotiledóneas) como: casuarina, eucalipto, bugambilla, huarango, ficus,
molle, crotón, chilco, granada, huranguillo, que presentan menos cantidad
de lignina en comparación con la biomasa residual de maderas blandas
(coníferas) como: pino, casuarina, ciprés, lantana (Maia, Madari y Novotny
43
2011) ; en cambio el ichu tiende a poseer más hemicelulosa y cenizas, pero
la lignina y celulosa en menor cantidad que las maderas blandas (Warren,
2012), al igual que las palmeras, los carrizos y los bambúes que son
monocotiledóneas.
De acuerdo con Wang, S. et al. (2011), citado por Palacios, R. (2019), la
biomasa residual con altos contenidos de lignina (que es la que otorga la
dureza) tendrá un mayor rendimiento en la obtención de biochar con la
técnica de pirólisis lenta, que concuerda con los resultados obtenidos en la
Tabla 14, un rendimiento del 45.5%.
Posterior a la caracterización la biomasa residual lignocelulósica fue llevado
hasta un determinado lugar para continuar con su secado y posterior ingreso
al proceso de pirólisis lenta para obtención de biochar.
La caracterización química de la biomasa residual se realizó en el laboratorio
Pacific Control, Calidad y Medio Ambiente Laboratorios y Certificaciones
SAC, con el objetivo de conocer la transformación que va a sufrir con el
proceso de pirólisis lenta, el tipo de biomasa que entrará al proceso de
combustión y el tipo de subproducto (en este caso biochar) que se va
generar. Estos resultados se muestran en la Tabla 12:
Tabla 12: Resultado de análisis físico químico realizado a las muestras de
biomasa residual:
Muestra
Biomasa
residual
pH
CO
CIC
CE
Cenizas
Humedad
-
%w
meq/100g
dS/m
%
%
Densidad
Aparente
g/c3
7.20
16.91
15.20
5.33
11.49
13.74
0.141
Fuente: Laboratorio Pacific Control, Calidad y Medio Ambiente Laboratorios y
Certificaciones SAC.
Elaboración: propia de los autores
Los resultados del laboratorio de biomasa residual sin pirolizar, con troncos,
ramas, hojas secas, raíces, cortezas y otros, mostraron valores de pH casi
neutros, lo cual es favorable para el suelo y para su uso en la obtención de
biochar. La humedad de 13.74% en peso nos muestra una biomasa casi
seca, lo que indica que está apta para el proceso de pirólisis, el alto contenido
de cenizas posiblemente se deba al lugar de origen de donde son acopiados
y luego acumulados en la Planta de Valorización, donde se contamina con
44
restos de polvo, arena, trazas de minerales, esquirlas de vidrio y metal, pero
que sin embargo no afectaron en su combustión en el proceso de pirólisis
lenta.
4.2. Caracterización físico química del biochar obtenido mediante la técnica
de Pirólisis lenta
Realizamos el procedimiento tal cual se describió en la metodología descrita
anteriormente. Se obtuvo 133.80 kg de biochar a partir de 294.30 kg de
biomasa residual mediante la técnica de pirólisis lenta usando un reactor
pirolítico de cortina de llama, es decir, con un 45.5% de rendimiento, en un
tiempo aproximado de 3 horas con 18 minutos, con temperaturas que
alcanzaron los 650 °C - 700 °C (Schmidt, H.; Taylor, P. ,2014), cuyo detalle
del peso de las cargas de biomasa residual y tiempo de duración de pirólisis
lenta se detallan en las Tablas 13 y 14:
Tabla 13: Detalle de cargas realizadas en proceso de pirólisis lenta
Nro. de Carga
Peso
(kg)
Tiempo
Transcurrido
(min)
Nro. de Carga
Peso
(kg)
Tiempo
Transcurrido
(min)
1
Carga inicial
(encendido del horno)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
0
16
11.6
117
9.5
10.5
9.7
10.3
9.3
9.2
11.1
11.8
11.4
10.6
8.4
10.5
10
19
27
36
44
52
59
67
74
82
88
96
16.2
11.7
11.1
11.5
6.9
4.4
9.4
10.7
10.5
10.2
10.1
10.6
125
133
141
149
154
158
165
172
178
184
189
193
14
12.1
103
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Carga final
10.2
198
15
13.8
111
TOTAL
294.30
3 horas con
18 minutos
Elaboración: propia de los autores
La relación entre el peso del biochar obtenido y la biomasa residual que entró
al proceso de pirólisis, es decir, el rendimiento se muestra en la Tabla 14:
45
Tabla 14: Rendimiento de la obtención de biochar
Hora de
inicio
Hora de
término
09:27
12:45
Tiempo
total
hh/mm
3 h 18 m
biomasa res.
pirolizada
kg
294.3
biochar
obtenida
kg
133.8
Rendimiento
%
45.5
Elaboración: propia de los autores
Para finalizar el proceso de obtención de biochar se templó con agua, de lo
contrario el oxígeno seguiría con la combustión provocando que el biochar se
convierta en ceniza, lo cual no es deseable.
Se obtuvo un biochar completamente pirolizado, con 45.5% de rendimiento de
producción, para un contenido de humedad de la biomasa inicial del 13.74%,
demostrando que el reactor pirólitico usado es altamente eficiente para
producir biochar a un bajo costo y de fácil obtención.
Obtención de biochar activado biológicamente:
Este biochar activado biológicamente lo obtuvimos de una cosecha anterior
de las pilas de compostaje de la Planta de Valorización de Residuos
Orgánicos Municipales de Cieneguilla, en las que desde el inicio de formación
de las pilas de compost se incorporó biomasa residual de restos de maleza y
poda, estiércol de caballo y biochar obtenido mediante pirólisis lenta. De esta
forma el biochar activado que ha pasado todo un ciclo de compostaje en la
Planta de Valorización, alrededor de 4 meses, adquiere otras características
físicas en cuanto a color se refiere (un color no tan negro, más bien un tanto
marrón) y menor peso (Figura 27); sus características químicas se dan a
conocer en la Tabla 15, este biochar ha compartido alrededor de 120 días
junto con la dinámica de los microrganismos, el humedecimiento de las pilas
y la aireación en el volteo manual de las pilas.
Figura 27: Visibles diferencias físicas entre biochar recién obtenido
y biochar activado biológicamente.
46
A continuación, en la Tabla 15 presentamos los resultados de la
caracterización físico química de las muestras de biochar obtenidas en la
presente investigación, enviadas al Laboratorio de Análisis de Suelos,
Plantas, Aguas y Fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria La Molina.
Tabla 15: Resultados de análisis físico químico realizado a las muestras de biochar:
N
%
P2O5
%
K2O
%
CaO
%
MgO
%
Hd
%
Na
%
5.20
Max. ret.
humedad
%
44.00
0.59
0.90
4.95
2.52
1.51
39.16
0.37
20.46
12.00
44.18
0.68
0.52
1.45
3.64
0.59
19.96
0.48
Zn
ppm
45
Mn
ppm
166
B
ppm
77
Pb
ppm
27.55
Cd
ppm
1.83
Cr
ppm
10.52
Muestra
pH
C.E.
dS/m
M.O.
%
CIC
Meq/100g
Biochar
Biochar
Activado
10.32
36.50
24.62
7.67
8.43
Fe
ppm
10 190
Cu
ppm
39
Muestra
Biochar
Biochar
1426
17
25
69
47
16.03 1.65 13.75
Activado
Fuente: Laboratorio de Análisis de suelos, Plantas, Agua y Fertilizantes. LASPAF-UNALM
Elaboración: propia de los autores
El valor del Potencial de Hidrógeno (pH) en el biochar fue de 10.32,
fuertemente alcalino, lo cual es favorable para tratamiento en suelos y aguas
ácidas. Diferente del valor del pH del biochar activado, con un valor de 7.67,
un valor más neutral, ligeramente alcalino, pero un tanto mayor que el de la
biomasa residual inicial (7.20). Cuando se obtiene biochar a partir de una
biomasa residual con alta cantidad de cenizas (11.49%) tienen esa tendencia
a valores altos del pH (Lehmann y Joseph 2009), siendo buenos para
disminuir la acidez del suelo y aumentar su fertilidad.
En cuanto a la Conductividad Eléctrica (C.E.), se halló un valor muy
fuertemente salino (36.50 dS/m) para el biochar, y fuertemente salino (8.43
dS/m) para el biochar activado. Estos altos valores de C.E., serían causantes
del incremento de salinidad del suelo, ocasionando efectos negativos sobre el
desarrollo y crecimiento de las plantas (Tag et al. 2016). Por lo que no se
recomienda su aplicación en suelos salinos.
La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) del biochar, es menor que el
biochar activado, y a su vez ambos, en menor valor que la biomasa residual
inicial, con valores de 5.20; 12.00 y 15.20 meq/100g respectivamente, esto se
explica a la cantidad de materia orgánica existente en la biomasa residual. Por
47
otro lado, podemos advertir el CIC del biochar activado biológicamente es
mayor con respecto al biochar recién obtenido, lo que sugiere que la CIC del
biochar aumenta con el tiempo, bajo las condiciones de humedad y
temperatura que sufren al permanecer en las pilas de compostaje durante al
menos 4 meses.
Los porcentajes de Nitrógeno (%) en este ensayo, fueron de 0.59% para
biochar recién obtenido y 0.68% para biochar activado, siendo este último el
que obtuvo un mejor nivel, pero que sin embargo ambos productos añadidos
al sustrato contribuirán al desarrollo microbiano del suelo, y por ende en su
recuperación.
Los niveles de Fósforo (%) presentes en el biochar recién obtenido fue de
0.90% y la del biochar activado de 0.52%, son porcentajes aceptables siempre
y cuando no entren en contacto con medios más acuosos, ya que podrían
eutrofizar su entorno.
El contenido de Potasio (%) encontrados en este ensayo fue de 4.95% para
biochar recién obtenido y 1.45% para biochar activado, estos valores están en
relación con otros ensayos con biochar de biomasa residual.
Los resultados de caracterización química en el laboratorio de los Elementos
disponibles: Fe, Cu, Zn, Mn, B, Pb y Cr en ppms, muestran cantidades más
altas para el biochar recién obtenido que para el biochar activado, pero ambos,
aportarán al sustrato o suelo elementos disponibles para las plantas (Ariadna
Escalante Rebolledo et al. 2016).
4.3. Características Fenológicas: Respuestas de las plantas de Prosopis
limensis a la aplicación de biochar de biomasa residual por pirólisis lenta
4.3.1. Pruebas de Germinación de semillas de Prosopis limensis
(Huarango)
Como se muestra en la Tabla 16, el inicio de la germinación comenzó al quinto
día de sembrada la semilla con el tratamiento T1 (tratamiento control: tierra
más arena), lo cual concuerda con lo mencionado por Casana, R. y Mathez,
S. (2011), en que las semillitas de huarango germinan rápidamente si
48
encuentran las condiciones necesarias para ello. Entre el quinto y sexto día
no hubo diferencias estadísticas entre tratamientos, siendo el séptimo día
donde se alcanzó el mayor porcentaje de germinación. Las semillas
germinaron hasta el 14 día de iniciado la siembra, en total germinaron 55
semillas y las semillas sin germinar fueron 50.
Tabla 16: Número de semillas germinadas por tratamiento, por día
SEMILLAS GERMINADAS
Fecha
Día
31/12/2020
1
01/01/2021
2
02/01/2021
3
03/01/2021
4
04/01/2021
5
05/01/2021
6
06/01/2021
7
07/01/2021
8
08/01/2021
9
09/01/2021
10
10/01/2021
11
11/01/2021
12
12/01/2021
13
13/01/2021
14
14/01/2021
15
15/01/2021
16
16/01/2021
17
17/01/2021
18
18/01/2021
19
19/01/2021
20
Total semillas
germinadas
% de Germinación
Total
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
0
0
0
0
1
1
3
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
5
0
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
4
1
0
0
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
2
3
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
semillas
germinadas
0
0
0
0
1
2
19
8
12
2
2
4
4
1
0
0
0
0
0
0
7
10
8
5
11
9
5
55
46.7 66.7 53.3 33.3 73.3 60.0 33.3
Elaboración: propia de los autores
La Figura 28, muestra el progreso de germinación de las semillas de
Prosopis limensis durante los 20 primeros días, como se aprecia los
tratamientos T5 (sustrato + biochar activado al 10%) y T2 (sustrato +
biochar al 10%), son los que lograron los más altos porcentajes (73.3% y
66.7%, respectivamente) de emergencia de semillas, todo lo contrario,
ocurrió con los tratamientos T4 (sustrato + biochar al 30%) y T7 (sustrato +
49
biochar activado al 30%), los que mostraron una reducción en el número
de semillas emergidas (33%). Estos resultados concuerdan con estudios
anteriores, donde se reporta que concentraciones excesivas de biochar
pueden presentar efectos negativos sobre las semillas y plántulas. En otros
estudios se encontró que algunos compuestos producidos durante el
proceso de pirólisis de biomasa residual, tienen un efecto de toxicidad
sobre la plantas, en consecuencia a mayor concentración de biochar en un
sustrato, mayor será la probabilidad de los efectos fitotóxicos sobre ellas
(Buss y Mašek 2014)
% G de semillas de Prosopis limensis (por tratamiento , por día)
90
% de Germinación de semillas
80
T5
70
T2
T6
60
T3
50
T1
40
T4, T7
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Días de Tratamiento
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
Fuente: Elaboración propia
Figura 28: Porcentaje de germinación de semillas de huarango (Prosopis limensis) con siete
tratamientos por 20 días.
Con respecto al porcentaje de germinación, la Tabla 17, Figura 29, nos
muestra que fue el tratamiento T5 (sustrato + biochar activado al 10%) el que
obtuvo mejores resultados con 73.3%, seguido del T2 (sustrato + biochar al
10%) con 66.7 %G, los tratamientos T4 (sustrato + biochar al 30%) y T7
(sustrato + biochar activado al 30%) obtuvieron los menores porcentajes de
germinación con 33.3%; el tratamiento T1 (sin biochar), mostró un porcentaje
de germinación menor al 50%
50
Tabla 17: Porcentaje de germinación por tratamiento, por repetición
Trat.
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
Repeticiones
R1
R2
R3
R4
R5
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1 1
0 0
0
1 0
0 1
1
0 1
0 1
0
1 0
0 0
0
0 1
1 1
1
1 1
0 1
0
0 0
0 0
0
Total Semillas Germinadas
Total
%G
7
10
8
5
11
9
5
55
46.7
66.7
53.3
33.3
73.3
60.0
33.3
52.4
Elaboración: Propia de los autores
Porcentaje de Germinación Prosopis limensis (por tratamiento, por
repetición)
% de germinación de semillas
90.0
73.3
80.0
66.7
70.0
60.0
50.0
60.0
53.3
46.7
40.0
33.3
33.3
30.0
20.0
10.0
0.0
T1
S
T2
S+B10%
T3
S+B20%
T4
S+B30%
T5
S+BA10%
T6
S+BA20%
T7
S+BA30%
Tratamientos
Fuente: Elaboración propia
Figura 29: Porcentaje de Germinación de semillas de huarango (Prosopis limensis)
sometidas a 7 tratamientos.
Se observa que los tratamientos con mayor contenido de biochar usado como
enmienda de suelo son los que lograron menor porcentaje de germinación, es
muy probable que la C.E. hallada en la caracterización química del biochar,
36.5 dS/m para biochar recién obtenido y 8.43 dS/m para biochar activado,
haya afectado la salinidad del sustrato inhibiendo la emergencia de las
semillas, como lo menciona Reyes, J. (2014), en su investigación con cultivos
de albahaca, conforme se incrementa el valor de la C.E. del suelo o sustrato,
la germinación disminuye, debido a las altas concentraciones e NaCl.
51
4.3.2. Efectos de la aplicación de biochar en el desarrollo de las plántulas
de Prosopis limensis (Huarango):
Altura de las plántulas (cm)
La Tabla 18, muestra las alturas logradas de las plántulas de huarango y su
desviación estándar para los distintos tratamientos:
Tabla 18: Altura (elongación) de las plántulas en cm (hasta los ápices caulinares) de
Prosopis limensis a los 50 días de siembra.
Repeticiones
Trat.
Media
R1 R2 R3
R4
R5 R6
R7
R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
SG SG SG
T1
SG SG SG SG
25
22
23
T2
SG 13 SG SG
M
23
SG SG
T3
10
SG SG
T4
SG 14
13
T5
SG 24
23 24.5 22 SG
T6
3
T7
SG
M SG
25 SG
7
11
SG SG
24
SG SG
M
Sin
Germ.
Muertos
23
29
25
24.5 SG
24.5
8
0
26.5 21
18.3
5
1
7
11
21
19
23
SG 14
SG
SG
17
SG
21
12
13.6
7
1
SG SG SG SG
M
SG
SG
SG
M
13.5
10
3
22
23
SG
22.5
4
0
10
22
19
20
SG 22.5 25
SG 25 16.5 SG 27
SG
SG
SG
22
17.5 19
19.9
6
0
25 SG SG SG SG SG
7.8
M
SG
SG
13.3
10
2
50
7
M
Total
Elaboración: Propia de los autores
Con respecto al efecto de los tratamientos sobre el crecimiento (elongación) de
las plántulas (hasta los ápices caulinares), los resultados que figuran en la Tabla
18, mostraron que, a los 50 días después de la siembra, las plántulas alcanzaron
alturas entre los 3 cm (T6) y 29 cm (T1). Al igual que en la emergencia de las
semillas, las plántulas con mayor concentración de biochar, mostraron menor
altura promedio, 13.3 cm (T7) y 13.5 cm (T4). También se observa que el
tratamiento control (T1), presentó mayor promedio de altura con respecto a los
demás tratamientos. Al parecer la enmienda con biochar no tuvo efecto
significativo sobre el crecimiento al inicio de vida de las plántulas. Con respecto
a estos resultados, sucedería igual que con la germinación de las semillas, por
el alto contenido de sales en el biochar y la inhibición en su desarrollo.
En la Figura 30, se muestra la altura media que alcanzaron las plantas y como
se puede apreciar existe variación de altura por efecto de los tratamientos. Estas
diferencias fueron corroboradas por el análisis de varianza (ANVA).
52
Elongación de plántulas (hasta los ápices caulinares)
Altura de plántula (cm)
30.0
25.0
24.5
22.5
19.9
18.3
20.0
15.0
13.6
13.5
T3
S+B20%
T4
S+B30%
13.3
10.0
5.0
0.0
T1
S
T2
S+B10%
T5
S+BA10%
T6
S+BA20%
T7
S+BA30%
Tratamientos
Figura 30: Altura promedio de plantas de Prosopis limensis (Huarango) a los 50 días
después de la siembra.
El ANVA para altura de planta (Tabla 19) arroja diferencias altamente
significativas (P= 0,0022) entre tratamientos.
Tabla 19: Análisis de Varianza para altura de planta Prosopis limensis (Huarango)
Fuente
GDL
SC
CM
F
Pr > F
Tratamientos 6
696.2598 116.0433 4.1892 0.0022
Error
41 1135.7127 27.7003
Total
47 1831.9725
En la Tabla 20 se presenta la comparación de múltiple de Tukey, la cual
muestra que los tratamientos T1 (sin biochar) y T5 (S+BA10%) superan al
resto de tratamientos, aunque estadísticamente son iguales a los tratamientos
T6 (S+BA20%), T2 (S+B10%) y T4(S+B30%).
Tabla 20: Prueba de comparación Tukey para altura media Prosopis limensis
Categoría
T1
T5
T6
T2
T4
T3
T7
Media
estimada
24.5000
22.4545
19.8889
18.2778
14.5000
13.5714
13.2667
Grupos
A
A
A
B
A
B
A
B
B
B
53
Cantidad de nudos o pinnas
En la Tabla 21 se muestran los resultados del número de nudos, que también
equivale decir al número de pinnas o peciolos que desarrollaron las plántulas
de huarango a los 50 días después de la siembra. Este número varió entre
3 y 17 nudos, ambas cifras para el tratamiento T6.
Tabla 21: Número de nudos o pinnas de Prosopis limensis (huarango) a los 50 días
después de la siembra.
Repeticiones
Trat.
Media
R1 R2 R3
R4
R5 R6
R7
R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
SG SG SG
T1
SG SG SG SG
13
13
12
T2
SG 12 SG SG
M
11
SG SG 11
12
SG
12.9
8
10
11
10
12
9
10.4
SG
SG
9
SG
11
8
8.1
SG SG SG SG
M
SG
SG
SG
M
7.5
T4
SG
6
9
SG SG
T5
SG 13
12
16
11 SG
12
12
11
13
SG
15
14
13
SG
12.9
14 SG
12
SG 13
11
SG 17
SG
SG
SG
13
9
10
11.3
6
M
SG
SG
M
8.7
T7
SG
6
SG SG
SG SG
12
5
3
9
14
T3
T6
M SG
14
M
6
SG
9
14 SG SG SG SG SG
Elaboración: Propia de los autores
En la Figura 31, se puede apreciar los valores medios comprendidos entre 8
nudos (T3) y 13 nudos para los tratamientos T1 y T5. El número de nudos es
consecuencia directa de la altura de plántulas, y que para el presente ensayo
mostraron una relación altamente significativa, r=0.8313 (Tablas 27 y 28).
Cantidad de nudos o pinnas de plántulas de huarango
Número de nudos o pinnas
14
12.9
12.9
11.3
12
10.4
10
8.1
8
8.7
7.5
6
4
2
0
T1
S
T2
S+B10%
T3
S+B20%
T4
S+B30%
T5
S+BA10%
T6
S+BA20%
T7
S+BA30%
Tratamientos
Figura 31: Número medio de nudos en plántulas de Prosopis limensis, a los 50 días después
de la siembra.
54
El ANVA para el número de nudos o pinnas, se muestra en la Tabla 22,
muestra diferencias altamente significativas (p=0.0009) entre tratamientos.
Tabla 22: Análisis de Varianza para número de nudos o pinnas de Prosopis limensis
Fuente
GDL
SC
CM
Tratamientos
6
165.9044
27.6507
Error
41
238.0123
5.8052
Total
47
403.9167
F
4.7631
Pr > F
0.0009
La Tabla 23, muestra los resultados de la comparación múltiple de Tukey, los
tratamientos T5 (sustrato + biochar activado al 10%) y T1 (control) superan a
los otros, aunque su efecto es estadísticamente similar a los tratamientos T6
(sustrato + biochar activado al 20%), T2 (sustrato + biochar al 10%) y T7
(sustrato + biochar activado al 30%).
Tabla 23: Prueba de comparación Tukey para número de nudos en
plantas de Prosopis limensis, a los 50 días después de la siembra.
Categoría
T5
T1
T6
T2
T7
T3
T4
Media
estimada
12.9091
12.8571
11.3333
10.4444
8.6667
8.1429
7.5000
Grupos
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
Esta prueba de comparación, lo que indica es que la adición de biochar al 10%
no incrementa significativamente el proceso de ramificación de las plántulas,
futuros árboles de huarango, ya que estadísticamente es igual al tratamiento
en blanco.
Longitud de raíz (cm)
Con respecto a la longitud de la raíz de las plántulas de huarango, los datos
de la Tabla 24 registran gran variabilidad, incluso dentro del mismo
tratamiento, alcanzando longitudes entre 6 cm (T6) y 64 cm también para el
tratamiento T6, Figura 32. Las raíces más largas se encontraron en el
tratamiento T6 con una media de 35.7 cm, seguidos por los tratamientos T5 y
55
T7 con medias de 31.7 cm y 30.7 cm respectivamente. El tratamiento control
T1 presentó la menor longitud media de la raíz con 24.9 cm.
Tabla 24: Longitud de raíz (cm) en plántulas de Prosopis limensis a los 50 días
después de la siembra
Repeticiones
Trat.
Media
R1 R2 R3
R4
R5 R6
R7
R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
SG SG SG
T1
SG SG SG SG
22
19
28
T2
SG 22 SG SG
M
25
SG SG 22
T3
16
SG SG
24
T4
SG 28
24
SG SG
T5
SG 32
33
35
43 SG
26
T6
T7
6
M SG
16
SG 27 SG SG
34
26
21
24
SG
24.9
21
53
24
36
33
31
29.7
SG
SG
41
SG
30
30
26.6
SG SG SG SG
M
SG
SG
SG
M
26.0
28 SG
23
30
36
28
SG
39
32
33
SG
31.7
SG 30
38
SG 61
SG
SG
SG
64
24
29
35.7
36 SG SG SG SG SG
29
M
SG
SG
M
30.7
M
SG 29
Elaboración: Propia de los autores
Largo de la raíz
Figura 32: Longitud alcanzada de raíz a los 50 días de siembra,
gran presencia de nódulos activos.
56
En la Figura 33, se muestra la longitud media de las raíces en los tratamientos
a los 50 días después de la siembra, resultados que indican que la aplicación
de biochar estimula el crecimiento radicular, superando en todos los casos al
tratamiento sin la enmienda de biochar. Estos resultados concuerdan con lo
mencionado por Gonzáles, I. et al. (2020), quien a su vez cita a Xiang, Y. et
al. (2017), quienes efectuaron un meta análisis a 136 artículos científicos para
evaluar los efectos y sus respuestas que causaron en la raíz 13 variables con
aplicación de biochar como enmienda. Este meta análisis concluyó que el
biochar había aumentado la masa de las raíces hasta en un 32%, el volumen
en un 29%, el área superficial de la raíz en aprox. 39%, el número de puntas
radiculares en 17%, el diámetro de la raíz principal en 9.9% y las longitudes
de las raíces aumentaron hasta en un 52%. Refieren que estos resultados se
deben a que el uso del biochar como enmienda contribuye al desarrollo
morfológico de la raíz frente a las deficiencias de nutrientes y agua de la
planta, a cambio del desarrollo de biomasa. La aplicación de biochar también
contribuye al aumento significativo del número de nódulos debido al efecto
que causa en los microorganismos radiculares, aunque también este efecto
depende principalmente de la biodisponibilidad del N en el sustrato o suelo de
las plantas.
Longitud media de raíces logradas por Prosopis limensis
40
35.7
Longitud de raíz (cm)
35
31.7
29.7
30
24.9
26.6
26.0
T3
S+B20%
T4
S+B30%
30.7
25
20
15
10
5
0
T1
S
T2
S+B10%
T5
S+BA10%
T6
S+BA20%
T7
S+BA30%
Tratamientos
Figura 33: Longitud de raíz en plantas de Prosopis limensis (Huarango) a los 50 días
después de la siembra.
57
En cuanto a la longitud de la raíz de las plántulas, en la Tabla 25, el ANVA no
muestra diferencias significativas por efecto de tratamientos. Resultados que
son corroborados por la prueba Tukey en la Tabla 26.
Tabla 25: Análisis de varianza para longitud de raíces de Prosopis limensis, a los
50 días después de la siembra.
Fuente
Modelo
Error
Total
GDL
6
40
46
SC
629.7148
4356.7532
4986.4681
CM
104.9525
108.9188
F
0.9636
Pr > F
0.4620
Tabla 26: Prueba de comparación Tukey para longitud de raíces
Categoría
T6
T5
T2
T7
T3
T4
T1
Media
estimada
35.6667
31.7273
29.6667
28.0000
26.5714
26.0000
24.8571
Grupos
A
A
A
A
A
A
A
Relación entre altura de plántulas, número de nudos y longitud de raíz
Los resultados de las respuestas fenológicas de las plantas de Prosopis
limensis a los distintos tratamientos propuestos en este ensayo se muestran
en la Tabla 27 y Figura 34:
Tabla 27: Resultados de respuestas fenológicas (desarrollo de
plántulas) de huarango con biochar como producto de enmienda
Tratamiento Descripción
T1
S
Altura
cm
24.5
Cant. Pinnas
N°
12.9
Long. de raíz
cm
24.9
T2
S+B,10%
18.3
10.4
29.7
T3
S+B,20%
13.6
8.1
26.6
T4
S+B,30%
14.5
7.5
26.0
T5
S+BA,10%
22.5
12.9
31.7
T6
S+BA,20%
19.9
11.3
35.7
T7
S+BA,30%
13.3
8.7
30.7
Elaboración: Propia de los autores
58
Figura 34: Evaluación de respuestas fenológicas de plántulas de
Prosopis limensis a los 50 días de siembra.
El análisis de correlación entre las variables en estudio muestra relación
moderada y altamente significativa (p<0.000) entre altura de planta y número
de nudos (Figura 35). De otro lado existe una relación media, altamente
significativa entre longitud de raíz y altura de planta (p=0.0021), (Figura 36).
La relación entre número de nudos y longitud de raíz es moderada y
altamente significativa (p=0.0008) (Figura 37).
Tabla 28: Análisis de correlación entre altura de plántula, número de
nudos y longitud de raíz en Prosopis limensis (Huarango), a los 50 días
después de siembra.
Variables
Altura de planta
Número de nudos
Longitud de raíz
Altura de
plántula
1
0.8313
0.4369
Número de Longitud de
nudos
raíz
0.8313
0.4369
1
0.4723
0.4723
1
Los valores en negrita son diferentes de 0 con un nivel de significación
alfa=0.05
Tabla 29: Valores de significación para el análisis de correlación entre
altura de plántula, número de nudos y longitud de raíz en Prosopis
limensis (Huarango), a los 50 días después de siembra.
Variables
Altura de planta
Número de nudos
Longitud de raíz
Altura de
plántulas
0
< 0.0001
0.0021
Número de
nudos
0.0000
0
0.0008
Longitud de
raíz
0.0021
0.0008
0
Los valores en negrita son diferentes de 0 con un nivel de significación
alfa=0.05
59
18
Nro. de nudos o pinnas
16
14
12
10
y = 0.3903x + 3.4298
R² = 0.691
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Altura de plántulas (cm)
Figura 35: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre las alturas y el número
de nudos de las plántulas de Prosopis limensis a los 50 días después de la siembra.
Longitud de raíz (cm)
70
60
50
40
30
20
y = 0.7275x + 15.95
R² = 0.1909
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Altura de plántulas (cm)
Figura 36: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre las alturas y la longitud
de las raíces de las plántulas de Prosopis limensis a los 50 días después de la siembra.
Longitud de raíz (cm)
70
60
50
40
30
20
y = 1.6794x + 11.599
R² = 0.2231
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Nro. de nudos o pinnas
Figura 37: Gráfico de dispersión que muestra la relación entre el número de nudos y
las longitudes de las raíces de Prosopis limensis a los 50 días después de la siembra.
60
4.4. Determinación de la concentración del biochar con mejores respuestas
en Prosopis limensis:
Mediante la observación, el análisis de los resultados y una valoración simple
de los indicadores con diagramas de Pareto entre el porcentaje de
germinación (Figura 38), altura de plántulas (Figura 39), número de nudos
(Figura 40) y longitud de raíz (Figura 41), se determinó la concentración de
biochar que nos permitió obtener los mejores efectos positivos en la
germinación y características fenológicas de Prosopis limensis (huarango).
Resultados que fueron corroborados mediante pruebas de comparación de
Tukey (de los análisis de varianza ANVA).
La Tabla 30, muestra un resumen de los resultados obtenidos de las
variables estudiadas en este ensayo, el desarrollo fenológico de las plántulas
de huarango con aplicación de biochar como producto de enmienda del
sustrato donde se colocaron las semillas.
Tabla 30: Resumen de resultados de variables estudiadas en el desarrollo de
plántulas de huarango con aplicación de biochar como producto de enmienda
del sustrato.
Tratamiento Descripción
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
S
S+B,10%
S+B,20%
S+B,30%
S+BA,10%
S+BA,20%
S+BA,30%
%G
46.7
66.7
53.3
33.3
73.3
60.0
33.3
Altura
cm
24.5
18.3
13.6
14.5
22.5
19.9
13.3
Cant. Pinnas
N°
12.9
10.4
8.1
7.5
12.9
11.3
8.7
Long. de raíz
cm
24.9
29.7
26.6
26.0
31.7
35.7
30.7
Elaboración: Propia de los autores
Figura 38: Resultados del porcentaje de
germinación de los distintos tratamientos hasta el
día 20 de siembra.
Figura 39: Alturas medias obtenidas en los
tratamientos a los 50 días de siembra de
Prosopis limensis.
61
Figura 40: Promedio de número de pinnas, nudos
o peciolos logrados por las plántulas de Prosopis
limensis a los 50 días de siembra.
Figura 41: Longitudes medias logradas por las
plántulas de Prosopis limensis a los 50 días de
germinadas sus semillas.
De acuerdo al análisis de la Tabla 30, de las Figuras 38, 39, 40 y 41, y, las
pruebas de comparación de Tukey (ANVA), pudimos establecer que el
sustrato donde se aplicó biochar activado al 10% como producto de
enmienda, fue la que generó las mejores respuestas de las plantas de
Prosopis limensis en las variables de porcentaje de germinación, altura de
plántulas, cantidad de pinnas o nudos y de longitud de raíces.
4.5. Contenido de Carbono Orgánico en las unidades experimentales
Para hallar el contenido de carbono orgánico en el suelo, que para este
ensayo vienen siendo las unidades experimentales, es decir, las bolsas
negras de almácigo con las plántulas de huarango, tomamos tres muestras
(al inicio, durante y final del ensayo) conforme lo indicamos en la
metodología, las que enviamos al Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas,
Aguas y Fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria La Molina.
4.5.1. Análisis del sustrato:
Antes de iniciar con la siembra de semillas tomamos una muestra de 1 kg
del sustrato en una bolsa de plástico para llevarlo a laboratorio. A los 30 días
de iniciado el proceso del ensayo tomamos la segunda muestra, y la última
muestra, el día 15 de febrero a los 43 días de iniciado el ensayo. Los
resultados del laboratorio se muestran en la Tabla 31. Una evaluación
general de los efectos de los tratamientos al sustrato nos muestra el
incremento en la cantidad de materia orgánica hasta en un 112% después
62
de la aplicación de biochar como producto de enmienda. El valor del pH en
general aumentó con la adición de biochar. La conductividad eléctrica del
sustrato también fue mayor luego de la aplicación del biochar (Tabla 31).
Estos análisis no se pudieron corroborar estadísticamente por no tener
suficientes muestras.
Tabla 31: Análisis de los sustratos al inicio del ensayo (sin biochar), y durante ensayo,
con aplicación de biochar como producto de enmienda.
Parámetro
pH
Unidades
-
Inicio
(31-12-20)
Durante
(02-02-21)
Final
(15-02-21)
Parámetro
C.E.
ds/m
M.O.
P
K
%
g/Kg
ppm
ppm
%
%
%
Clase
Textural
7.57
0.65
0.38
8.30
11.4
126
76
16
8
Fr. A.
8.15
3.80
1.24
17.60
56.8
1629
73
17
10
Fr. A.
8.24
2.88
1.14
14.80
31.1
723
79
15
6
Fr. A.
CIC
Cationes Cambiables
Ca+2
Unidades
Inicio
(31-12-20)
Durante
(02-02-21)
Final
(15-02-21)
Análisis Mecánico
Arena
Limo
Arcilla
CaCO3
5.92
Mg+2 K+
meq/100g
Na+
Al+3+H+
B
Cu
Fe
Mn
Zn
C
D.A.
ppm ppm
ppm
ppm ppm
g/kg
g/cc
4.00
1.08 0.29 0.55
0.00
2.19
2.00
27.92
3.52
1.36
4.80
1.45
10.08 6.06
1.25 1.95 0.83
0.00
3.58
2.52
1.33
0.27
0.29
10.20
1.52
10.56 6.05
1.27 2.53 0.71
0.00
5.14
2.30
16.01
3.42
2.35
8.59
1.58
Fuente: Laboratorio de Análisis de suelos, Plantas, Agua y Fertilizantes. LASPAF-UNALM
Elaboración: Propia de los autores
Según los resultados de caracterización físico química del laboratorio, el
sustrato de la siembra de semillas es de textura Franco Arenosa, su pH al inicio
del ensayo fue de 7.57, ligeramente alcalino. Está demostrado que
normalmente el biochar obtenido mediante pirólisis aumenta el pH del suelo o
sustrato al que se le incorpora debido a su relación directa con el carbono
orgánico (Ariadna Escalante Rebolledo et al. 2016).
La Conductividad Eléctrica del sustrato inicial se halló algo salino
(C.E.=0.65ds/m), con la adición de biochar en el segundo análisis de laboratorio
este valor se había incrementado a 3.80 ds/m, este parámetro mide la
concentración de sales solubles en un sustrato o suelo, el cual se incrementa
cuando la materia orgánica se mineraliza, también cuando hay pérdidas en los
lixiviados luego del riego de las plantas, o porque el biochar debido a su micro
63
porosidad, macro porosidad y área superficial también puede absorber
nutrientes (Lehmann y Joseph 2009).
Como se observa, el valor de la CIC del sustrato inicial fue de 5.92 meq/100g,
pero al adicionarle el biochar, en el segundo análisis, a los 30 días, la CIC se
incrementó a 10.08 meq/100g, El sustrato con la mezcla de biochar mostró un
incremento de los cationes intercambiables como el Ca+2, Mg+2, K+ y Na+,
destacando el catión intercambiable de Ca, pues aumentó en 2.06 meq/100g
de CIC, este valor podría ser debido a que el Ca normalmente lo encontramos
disuelto como CaCO3, siendo más disponible para las plantas (Herath, CampsArbestain y Hedley 2013), pues como vemos en los resultados de laboratorio
este valor también se incrementó de 0.38 a 1.24%.
Inicialmente el sustrato franco arenoso con el trabajamos tenía una baja
cantidad de materia orgánica, pero con el segundo análisis en laboratorio a
los 30 días del ensayo y al incorporar el biochar el porcentaje de materia
orgánica aumentó de 8.30 a 17.60 g/kg, es decir, se incrementó en 112%. Por
lo que el biochar producido en la Planta de Valorización de Residuos Orgánicos
de Cieneguilla podría ayudar a mejorar la materia orgánica de los suelos y como
consecuencia, mejorar la retención de nutrientes en los suelos donde se utilice.
En este ensayo la aplicación de biochar al sustrato franco arenoso, según los
resultados del laboratorio, hizo que la densidad aparente (D.A.) tuviera un ligero
incremento de 1.45 a 1.52 g/cc, a los 30 días de su aplicación, es decir,
aumentó en 0.07 g/cc. Aunque lo normal es que la incorporación del biochar a
los suelos disminuya su densidad aparente, debido al incremento de su
porosidad y aireación, lo que haría que las plantas tengan efectos positivos en
su crecimiento y buen enraizamiento, además de mejorar la micro fauna del
suelo (Lehmann y Joseph 2009). Estos resultados de ligero incremento de la
D.A. se explicaría porque el sustrato más el biochar se fue compactando debido
a su asentamiento en las bolsas de almácigo más los riegos continuos hasta el
final del ensayo.
64
4.5.2. Cálculo del contenido de carbono orgánico en el sustrato (gC/kg):
Calculamos el carbono acumulado en el sustrato de las unidades
experimentales en tres periodos distintos del ensayo, al inicio, durante y al final,
como lo indica la Guía para la determinación de carbono en pequeñas
propiedades rurales (Rügnitz, Chacón y Porro 2009). En este ensayo, para el
uso de la Fórmula (1), no se tuvieron en cuenta los fragmentos gruesos porque
las muestras de sustrato no lo tenían. Los valores de Carbono Orgánico (COS)
en unidades de gC/Kg y densidad aparente (D.A.) en g/cc, fueron los que el
Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas y Fertilizantes de la Universidad
Nacional Agraria La Molina nos entregó como resultados. El valor de
profundidad de toma de muestra del sustrato fue de 0.15 m, como se explicó
en la metodología.
𝒕𝑪
𝒉𝒂
𝑪𝑶𝑺 ( ) = [𝑪𝑶𝑺] ∗ 𝑫. 𝑨.∗ 𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅 ∗ (𝟏 − 𝒇𝒓𝒂𝒈) ∗ 𝟏𝟎 …Fórmula (1)
En la Tabla 32, se muestra los resultados obtenidos para las tres etapas del
proceso del cálculo de contenido de Carbono Orgánico (COS) en el sustrato.
Tabla 32: Cálculo de contenido de carbono orgánico en el sustrato (suelo) por etapas
Etapa del
proceso de
siembra
Inicio
Durante
Final
[COS] concentración
de C.O.
D.A.
gC/kg
t/m3
4.80
10.20
8.59
1.45
1.52
1.58
Profundidad
toma de muestra
Factor de
conversión
COS (contenido de C.O.
en el sustrato/suelo)
10
10
10
10.44
23.26
20.36
m
0.15
0.15
0.15
tC/ha
Elaboración: Propia de los autores
De la Tabla 32, podemos deducir entonces que la cantidad de carbono
orgánico del sustrato aumentó con la aplicación de biochar de 10.44 tC/ha a
20.36 tC/ha, lo que permite que el proceso de mineralización se acelere por
acción de la actividad microbiana del suelo (Githinji 2013).
La Tabla 33, muestra el cálculo del incremento del carbono orgánico total en
el sustrato (suelo) durante las tres etapas del proceso del ensayo: siembra,
germinación y crecimiento del Prosopis limensis, con la ecuación, mediante la
Fórmula (2):
Incremento de Carbono (∆C) = COSn-COSn-1……Fórmula (2)
65
Tabla 33: Cálculo del Incremento Total (∆C ) de Carbono en el sustrato
durante el ensayo
Etapa del
proceso de
siembra
Inicio (COS1)
Durante (COS2)
Final (COS3)
COS
tC/ha
Incremento de Carbono (∆C)
tC/ha
COSn-COSn-1
10.44
23.26
20.36
12.82
-2.90
∆C1
∆C2
∆C Total
tC/ha
(∆C1-∆C2)
9.92
Elaboración: Propia de los autores
Por lo tanto, como se aprecia en la Tabla 33, para el presente ensayo el
incremento total de carbono fue de 9.92 tC/ha, que es el valor que quedará
secuestrado en el suelo como un carbono recalcitrante durante muchos años.
(Ariadna Escalante Rebolledo et al. 2016)
La Tabla 34, la usamos para determinar a cuanto de CO2, equivale el
contenido de carbono orgánico que hallamos en el sustrato, se calcula con la
siguiente equivalencia:
1 tC =3.67 tCO2e/ha
Tabla 34: Determinación del Dióxido de Carbono equivalente secuestrado en el
sustrato o suelo
Concentración de C.O.
en el sustrato
Factor de conversión
tC/ha
9.92
1 tC =3.67 tCO2e/ha
Valor equivalente en CO2
tCO2e/ha
36.4
Elaboración: Propia de los autores
La Tabla 34, lo que hace es relacionar la cantidad de carbono orgánico
capturado en el suelo o sustrato con el CO2, y que al multiplicarlo por su factor
de conversión o equivalente en función de sus pesos moleculares (Rügnitz,
Chacón y Porro 2009), obtuvimos 36.4 tCO2e/ha, que quedarán almacenados
en el suelo.
66
V. DISCUSIÓN
El presente estudio, se realizó con biochar obtenido de residuos de maleza y
poda de los puntos de acopio temporal autorizados por la Municipalidad de
Cieneguilla, a donde llegan diversas especies de biomasa lignocelulósica de
áreas públicas y privadas, la implementación de la técnica de pirólisis lenta
para la obtención de biochar se convirtió en una gran alternativa para manejar
toda la biomasa acumulada en la Planta de Valorización de Residuos
Orgánicos Municipales que no podía ser compostada, y como lo indica el
nombre de la planta, se dio valor a un producto que para muchos era
inmanejable y sin utilidad alguna, lo cual concuerda con lo expresado por
varios autores Lehmann y Joseph 2009, Ariadna Escalante Rebolledo et al.
2016, Ippolito, Laird y Busscher 2012 que opinan que entre los objetivos del
uso del biochar como producto de enmienda, están el manejo de residuos
sólidos, mitigación del efecto de los GEI, por ende del cambio climático,
producción de bioenergía, mejoramiento de los suelos y también lo dicho por
González-Marquetti et al. 2021, que hacen una reseña de su utilidad como
mejorador de la fertilidad de suelos, a partir de residuos orgánicos, mejorando
la productividad de las plantas como se demostró al utilizarlo como producto
de enmienda en un sustrato con tierra y arena para germinar semillas de
Prosopis limensis en el Vivero Municipal de Cieneguilla.
Las características de la diversidad de especies de biomasa residual
lignocelulósica que llegan a la Planta de Valorización permiten elaborar un
biochar de buena calidad y a bajos costos, por ejemplo, solo necesitamos
secarlas al sol por unos 15 días para obtener una humedad adecuada, 13%
aproximadamente, es una biomasa de pH casi neutra, con alto contenido de
cenizas debido a que en el lugar de donde son traídos también encontramos
alto contenido de sustancias inertes como tierra, arena, trazas de vidrio y
metal, pero que no impiden pirolizarlos, tal y como lo menciona Zadeh et al.
2020, permitiendo su valorización de forma sostenible, obteniendo carbono de
fácil disposición en el ambiente.
El biochar fue producido en un horno de forma cónica truncada, un reactor
pirolítico de cortina de llamas, con la técnica de pirólisis lenta, muy económico
67
hecho de fierro, que permite que la biomasa pueda ingresar a pirólisis sin ser
homogeneizada, con ramas y otras partes de la especie vegetal de hasta 1 m
aproximados, sin generar humos contaminantes, al igual que el horno llamado
Kon-Tiki por sus creadores Schmidt y Taylor 2014, el reactor utilizado, nos
permitió pirolizar 294.30 kg de biomasa en 3 h 18’, con temperaturas entre los
600-700 °C, con un personal, el enfriamiento o temple del carbón se hace con
agua. Obtuvimos 133.80 kg de biochar, es decir, 45.5% de rendimiento,
Ariadna Escalante Rebolledo et al. 2016, señala una buena pirólisis, con
tecnologías eficientes puede alcanzar rendimientos entre 30 – 50%. Pero no
solo depende de la temperatura de pirolización, también depende del tipo de
biomasa, Rosario Natividad Palacios Hugo 2019, en su tesis con biomasa
residual lignocelulósica de la UNALM, obtuvo un rendimiento promedio de
39.03%, de igual forma Iglesias Abad 2018, obtuvo un rendimiento de 30.8%
en su investigación de pirólisis rápida con ramas de eucalipto, también está
los resultados de Catalina Monserrat Diaz Granada y Gustavo Chacón
Vintimilla 2017, quien trabajó con biochar de acícula de pino obteniendo 30%
de rendimiento. Tag et al. 2016 indican que cuando se trata de residuos
lignocelulósicos tendrán altos porcentajes de rendimiento.
De acuerdo a los resultados del laboratorio el biochar recién obtenido y el
biochar activado tienen pH alcalino 10.32 y 7.67 respectivamente, en
concordancia con Cornelissen et al. 2016, quienes indican que casi todos los
biochars obtenidos con horno de cortina de llamas Kon Tiki son alcalinos, lo
que favorecería para el tratamiento en suelos ácidos. En su trabajo de tesis
Patricia Amelia Guerra Laura 2015, obtuvieron biochars de residuos
agroforestales de la Amazonía peruana mediante pirólisis lenta, sus
resultados de pH varió entre 7.14 a 10.74, siendo ideales para su aplicación
como enmienda de suelo y como secuestrante de carbono. En ese mismo
trabajo Patricia Amelia Guerra Laura 2015, encontró 6.91 dS/m en la C.E., con
residuos agroforestales, que difiere del biochar de biomasa lignocelulósica de
nuestro trabajo con un valor mayor (8.43 dS/m) relacionado por el contenido
de cenizas de inertes hallados en la investigación.
68
En cuanto a los valores de N (059-0.68%), P(0.90-0.52%) y K(4.95-1.45%) de
nuestro estudio, son similares a los obtenidos por Iglesias Abad 2018 Patricia
Amelia Guerra Laura 2015 en sus investigaciones con biochar de biomasa
lignocelulósica. Los micro elementos resultantes del análisis de laboratorio
como Fe, Cu, Zn, Mn y B fueron mayores en biochar recién obtenido que el
biochar activado biológicamente en pila de compostaje, pero aun así estas
cantidades serán aprovechadas por las plantas (Ariadna Escalante Rebolledo
et al. 2016), encontrándose mejorías en la calidad de los suelos con aplicación
de enmienda de biochar.
Para evaluar los beneficios o efectos del biochar obtenido en la Planta de
Valorización de Residuos Orgánicos de Cieneguilla, es que evaluamos su
adición como producto de enmienda en el sustrato que usamos en el Vivero
Municipal, es decir, tierra más arena, evaluando ciertos parámetros del
sustrato más biochar al usarlo para germinar semillas de Prosopis limensis y
evaluar algunas características como su altura y longitud de raíz hasta los 50
días después de su emergencia, para ello preparamos siete tratamientos, tres
con biochar recién obtenido al 10, 20 y 30% de concentración en peso y
biochar activado en los mismos porcentajes, en bolsas de almácigo de 2 kg
de sustrato.
La adición del biochar al sustrato en sus diferentes concentraciones no alteró
la alcalinidad del sustrato, tuvo un incremento de 7.57 al inicio del ensayo a
8.24 de pH a los 45 días del uso del biochar como enmienda, corroborando lo
mencionado por Ariadna Escalante Rebolledo et al. 2016, Glaser, Lehmann y
Zech 2002, que manifiestan que el uso del biochar incrementa el pH del suelo.
La emergencia de los cotiledones de las semillas de huarango (Prosopis
limensis) se observó entre el quinto y séptimo día de la siembra,
extendiéndose el proceso hasta los 14 días, bajo los tratamientos con 10% de
biochar se obtuvieron los mayores porcentajes de emergencia, 73.3% y 66.7
para los tratamientos T5 (S+BA) y T2(S+B), el tratamiento sin biochar o blanco
mostró emergencia menor al 50% y con los tratamientos T4 (S+B al 30%) y
T7 (S+BA al 30%) se obtuvieron los menores porcentajes de germinación o
emergencia: 33%, en general en cuanto al promedio de germinación entre
69
tratamientos, estadísticamente no hubo diferencias significativas en cuanto al
tipo de biochar, ni con respecto a las concentraciones, por lo que el uso del
biochar no presentó efectos sobre la germinación del huarango. Semejantes
resultados obtuvo Mendoza y Gabriela 2019, en su investigación con
producción y calidad de vainitas, donde las dosis utilizadas no mejoró ni el
porcentaje de germinación, ni el rendimiento del cultivo.
Analizando el comportamiento de elongación o crecimiento de las plantas
durante los 50 días de ensayo del huarango, las plántulas con mayor
porcentaje de biochar, T3 y T7 son las que mostraron menor altura, las
plántulas con el tratamiento sin biochar, T1, son las que lograron mayor
elongación. Estos resultados son parecidos a los reportados por Herrera et al.
2018, en el que determinaron que con dosis del 30% de biochar lograron
menor parte aérea en el desarrollo de su investigación con semillas de sapote,
comprobando lo manifestado por Buss y Mašek 2014 que indican que altas
cantidades de biochar pueden tener efecto fitotóxico sobre el desarrollo de las
plántulas.
En cuanto a la longitud de la raíz, mostraron una gran variabilidad, incluso
dentro del tratamiento, alcanzando longitudes entre 6 y 64 cm en el T6, lo cual
demuestra que la aplicación de biochar estimula el crecimiento radicular,
superando en todos los casos al tratamiento sin biochar, estos resultados
concuerdan con González-Marquetti et al. 2021 Xiang et al. 2017, al parecer
el biochar aporta ciertos nutrientes al sustrato para ser aprovechado por las
plantas.
La acción de pirolizar la biomasa residual lignocelulósica hizo que un gran
porcentaje, más del 20% de carbono que lo contenía se convierta en un
carbono
recalcitrante,
mineralizado,
haciéndolo
resistente
a
la
descomposición, funcionando, como un almacén o secuestrador de carbono
al aplicarlo en el sustrato como producto de enmienda Yadav et al. 2016, los
resultados de laboratorio nos permitieron hacer los cálculos de cuanto
carbono orgánico puede quedar retenido en el suelo por mucho tiempo,
haciendo que no se transforme en dióxido de carbono, en nuestro ensayo
pudimos calcular el incremento total de carbono en 9.92 tC/ha secuestrado en
70
el suelo, lo que equivale decir 36.4 tCO2e/ha, otros resultados como los de
Forero Gutierrez y Muñoz 2017 determinaron un incremento de carbono en
0.04 tC/ha, durante el desarrollo de su investigación con cultivos de espinaca
y biochar de residuos orgánicos domiciliarios, logrando secuestrar en el suelo
un equivalente a 0.15 tCO2e/ha; o como el resultado de (Iglesias Abad 2018),
que con biochar por pirólisis lenta de cortezas y ramas de eucalipto obtuvo
52.3 tC/ha de carbono retenido en el suelo, pero no calculó el incremento, ya
el carbono retenido fue un parámetro dado por el laboratorio, pero en todos
los casos lo que se quiso demostrar es que la aplicación de biochar en suelo
como producto de enmienda hace que el carbono sea de lenta liberación y no
se transforme en CO2, lo que contribuye en la disminución de este gas en la
atmósfera, mitigando los efectos del cambio climático Herath, CampsArbestain y Hedley 2013, estos cálculos son importantes para usar el biochar
como herramienta en la gestión ambiental y no solo como producto mejorador
de suelos en agricultura o reforestación.
71
VI.
CONCLUSIONES
La obtención del biochar a partir de biomasa residual de restos de maleza y
poda de la Planta de Valorización de Residuos Orgánicos Municipales del
distrito de Cieneguilla, mediante la técnica de pirólisis lenta, nos ayudó a
implementar una alternativa de valorización y aprovechamiento de estos
residuos, y para probar su efectividad como producto de enmienda
evaluamos su uso en la germinación y crecimiento del Prosopis limensis
(huarango) en el Vivero Municipal de Cieneguilla.
Las características de la biomasa residual que no se pudo compostar nos
permitieron elaborar un biochar de buena calidad, con alto contenido
lignocelulósico, secado al aire libre con una humedad cercana al 13% y de
pH casi neutro (7.20), lo que se demostró al obtener un rendimiento del
45.5% en peso.
El biochar producido en la Planta de Valorización de Cieneguilla se obtiene
en un reactor pirolítico de forma cónica truncada, hecha de lámina de fierro
de 3 mm de espesor, muy económica, que nos permite pirolizar hasta 300
kg de biomasa residual en 3 horas con 18 minutos aproximados, con
características apropiadas para poder usarlo en el sustrato para su
evaluación en Prosopis limensis o en cualquier planta del Vivero Municipal,
con mejores características que la biomasa original, aunque los resultados
de micronutrientes no fueron muy altos, pero el contenido de materia
orgánica si lo fue, con pH alcalino, pero con elevada conductividad eléctrica,
por lo que se puede usar para mejorar la calidad del sustrato en el vivero
municipal, pero no en agricultura por contener también metales pesados
como plomo, cromo y cadmio.
El sustrato donde se aplicó biochar activado al 10% de concentración, como
producto de enmienda, fue la que generó las mejores respuestas de las
plantas de Prosopis limensis en las variables de porcentaje de germinación,
altura de plántulas, cantidad de pinnas o nudos y de longitud de raíces.
Las
características
fenológicas
del
Prosopis
limensis
permitió
su
experimentación de germinación, elongación y enraizamiento con los
72
distintos porcentajes de concentración de biochar (0%, 10%, 20% y 30%)
dentro del sustrato franco arenoso que se usa en el vivero municipal, además
el biochar añadido como enmienda tuvo un efecto positivo en las
características del sustrato y desarrollo del huarango, sobre todo en la altura
de la planta y la longitud de sus raíces en comparación con el control.
Los análisis de laboratorio del contenido de carbono orgánico del sustrato al
inicio, durante y al final del ensayo, tras la incorporación de biochar como
producto de enmienda, nos permitió demostrar el incremento de su
concentración de 4.80 gC/kg a 8.59 gC/kg, esta variación demuestra que el
biochar secuestra el carbono orgánico en el suelo como un carbono
recalcitrante con un incremento total de 9.92 tC/ha.
VII. RECOMENDACIONES
Es necesario realizar la caracterización química del agua de riego para ver si
es un factor influyente sobre el incremento de C.E. de la biomasa residual
inicial versus el biochar recién obtenido, pues para este ensayo su valor se
elevó de 5.33 a 36.50 dS/m, afectando en los procesos de germinación y
crecimiento de las plántulas de huarango.
Continuar o ampliar el período de tiempo del estudio para observar mejor los
efectos del biochar sobre los arbolitos de Prosopis limensis, y como producto
de enmienda del suelo. También si varía el contenido de carbono orgánico del
suelo.
Medir la temperatura durante el proceso de obtención de biochar.
Considerar los resultados de análisis del biochar en el laboratorio, que
muestran presencia de metales pesados, por lo que no debería usarse en
prácticas agrícolas, solo como hasta ahora se viene haciendo en cultivos de
plantas forestales y ornamentales y como secuestrante de carbono.
73
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ANEXO N° 03. MATRIZ DE CONSISTENCIA
PROBLEMAS
OBJETIVOS
HIPÓTESIS
Problema General
¿Cómo el biochar de biomasa residual por
pirolisis lenta servirá para la germinación y
crecimiento del Prosopis limesis en el distrito
de Cieneguilla?
Evaluar el biochar de biomasa residual
por pirolisis lenta para la germinación y
crecimiento del Prosopis limensis en el
distrito de Cieneguilla.
El biochar de biomas residual por pirolisis
lenta servirá para evaluar la germinación y
crecimiento del Prosopis limensis en el
distrito de Cieneguilla.
Problema Específico N° 1
¿Cuál será la característica de la biomasa
residual para la elaboración del biochar?
Evaluar las características de la
biomasa residual en la elaboración del
biochar.
Problema Específico N° 2
¿Cuáles serán las características físicas y
químicas del biochar obtenido mediante la
técnica de pirolisis lenta?
Analizar las características físicas y
químicas del biochar obtenido mediante
la técnica de pirolisis lenta.
Las características de la biomasa residual
permitirá la elaboración del biochar para la
germinación y crecimiento del Prosopis
limensis
Las características físicas y químicas del
biochar de biomasa residual por pirolisis
lenta permitirá la germinación y crecimiento
del Prosopis limensis.
Problema Específico N° 3
¿Cuál será la concentración de biochar que
genere la mejor respuesta en las plantas de
Prosopis limensis?
Determinar la concentración de biochar
que genere la mejor respuesta en las
plantas de Prosopis limensis.
Las concentraciones del biochar usado
permitirán establecer la mejor respuesta en
las plantas de Prosopis limensis.
Problema Específico N° 4
¿Cuáles serán las características fenológicas
de la germinación y crecimiento de las
semillas de Prosopis limensis al biochar de
biomasa residual por pirólisis lenta?
Determinar
las
características
fenológicas de la germinación y
crecimiento de las semillas de Prosopis
limensis al biochar de biomasa residual
por pirólisis lenta.
Las características fenológicas del
Prosopos limensis, permitirá la germinación
y crecimiento de las semillas mediante el
biochar de biomasa residual por pirólisis
lenta.
Problema Específico N° 5
¿Cuál es el cambio en la concentración de
carbono orgánico al inicio y al final de la
siembra, relacionándolo con el secuestro de
CO2?
Evaluar el cambio en la concentración
de carbono orgánico al inicio y al final de
la siembra, relacionándolo con el
secuestro de CO2.
El cambio en la concentración de carbono
orgánico al inicio y al final de la siembra
permitirá relacionarlo con el secuestro de
CO2.
VARIABLES
DIMENSIONES
Variables Dependientes:
Características fenológicas de las
semillas
Germinación y crecimiento
de semillas de Prosopis
limensis
Contenido de Carbono orgánico
Caracterización de biomasa
residual
Caracterización del biochar
Variable Independiente:
Biochar de biomasa
residual
Concentración del biochar
ANEXO N° 04. MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
VARIABLES
Variable
Independiente:
Biochar de
biomasa residual
DEFINICIÓN CONCEPTUAL
El biochar, es un carbón vegetal, por lo mismo, también se le llama
biocarbón, y la finalidad de su obtención es mejorar las propiedades
físicas y químicas del suelo (Lehmann & Joseph, 2009).
La enmienda del suelo con biochar nace como un enfoque para
mitigar el cambio climático (Woolf, Amonette, Street-Perrot, & Joseph,
2010) y mejorar la producción de cultivos (Glaser, Lehmann, & Zech,
2002).
Cuando se mezcla con el suelo, el biochar puede influir en el
crecimiento de las plantas y alterar las propiedades del suelo (Githinji,
2014) (Herath, Camps, & Hedley, 2013) como también la
disponibilidad de nutrientes.
DEFINICIÓN
OPERACIONAL
DIMENSIONES
Característica de la
biomasa residual
La obtención del biochar
será mediante la técnica de
pirólisis lenta y se evaluará
mediante
sus
características físicas y
químicas
Característica de biochar
obtenido
Concentración del biochar
Variables
Dependientes:
Germinación y
crecimiento de
semillas de
Prosopis limensis
La germinación comienza con la toma de agua de una semilla seca,
llamada imbibición y termina cuando el eje embrionario o la radícula
atraviesan la membrana que los envuelve, llamada emergencia
(Matilla, 2016, pág. 15), luego la semilla se transforma en plántula
donde ya será capaz de sobrevivir por sí misma (Suárez &
Melgarejo, 2010).
El carbono orgánico del suelo (COS) es el C que permanece en el
suelo luego de la descomposición de cualquier materia orgánica. Es
un componente importante del ciclo global del C entre la atmósfera,
vegetación, suelo, ríos y océanos (FAO , 2017).
La germinación se evaluará
en función de las semillas
que emerjan del suelo.
El COS se calculará en base
a las diferencias en peso de
las muestras tomadas
antes, durante y después de
la siembra.
Características fenológicas
de las semillas
Contenido de Carbono
orgánico
Especie
Cenizas
Humedad
pH
C.E.
C.I.C.
C Orgánico
Cenizas
ESCALA/UNIDAD
DE MEDICIÓN
%
% wt
% wt
dS/m
meq/100g
% wt
% wt
Humedad
% wt
pH
-
C.E.
dS/m
C.I.C.
meq/100g
C Orgánico
% wt
C1, C2, C3, C4
% wt (g)
INDICADORES
Cantidad de emergencias
de plántulas (germinación)
Altura de plántulas
(elongación)
%
cm
Longitud de raíz
cm
Cantidad de pinnas
-
CO2 almacenado en suelo
tc/ha
ANEXO N° 05. INSTRUMENTOS DE VALIDACIÓN DE DATOS
ANEXO N° 06. VALIDACIÓN DE INSTRUMENTOS
Validación de instrumentos N° 01 (Ing. Doc. Ordoñez Gálvez, Juan Julio)
Validación de instrumentos N° 02 (Ing. Doc. Ordoñez Gálvez, Juan Julio)
Validación de instrumentos N° 03 (Ing. Doc. Ordoñez Gálvez, Juan Julio)
Validación de instrumentos N° 04 (Ing. Doc. Ordoñez Gálvez, Juan Julio)
Validación de instrumentos N° 05 (Ing. Doc. Ordoñez Gálvez, Juan Julio)
Validación de instrumentos N° 01 (Ing. Baltazar vela, Oscar)
Validación de instrumentos N° 02 (Ing. Baltazar vela, Oscar)
Validación de instrumentos N° 03 (Ing. Baltazar vela, Oscar)
Validación de instrumentos N° 04 (Ing. Baltazar vela, Oscar)
Validación de instrumentos N° 05 (Ing. Baltazar vela, Oscar)
Validación de instrumentos N° 01 (Ing. Mgs. Castañeda Rodríguez, Wilson)
Validación de instrumentos N° 02 (Ing. Mgs. Castañeda Rodríguez, Wilson)
Validación de instrumentos N° 03 (Ing. Mgs. Castañeda Rodríguez, Wilson)
Validación de instrumentos N° 04 (Ing. Mgs. Castañeda Rodríguez, Wilson)
Validación de instrumentos N° 05 (Ing. Mgs. Castañeda Rodríguez, Wilson)
ANEXO N° 07. RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LABORATORIO
ANÁLISIS DE LABORATORIO – CARACTERIZACIÓN DE SUELOS N° 01
INFORME DE ANÁLISIS DE MATERIA ORGÁNICA (BIOCHAR)
INFORME DE ANÁLISIS DE MATERIA ORGÁNICA (BIOCHAR ACTIVADO)
INFORME DE ANÁLISIS DE CARACTERIZACIÓN DE BIOMASA RESIDUAL
ANÁLISIS DE LABORATORIO – CARACTERIZACIÓN DE SUELOS N° 02
ANÁLISIS DE LABORATORIO – CARACTERIZACIÓN DE SUELOS N° 03
MÉTODO DE SEGUIMIENTO EN EL ANÁLISIS DE SUELO
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