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anales científicos Volumen: LIII-A Hecho el depósito legal: 2003-0311 Anales Científicos PE ISSN 0003-2484 Copyright: 00921-2003 Publicación de La Universidad Nacional Agraria La Molina Editor: Hugo Vega Cadima hvc@lamolina.edu.pe EDITORIAL AGRARIA Telf.: 349-5647 anexo: 190 Apartado: 456, Lima 100. Los artículos publicados son de entera responsabilidad de sus autores. Se permite la reproducción parcial siempre y cuando se cite la fuente y se envíe a la editorial un ejemplar de la publicación que incluye el texto reproducido de Anales Científicos Nº 53 A ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS arcos Reyes* , Delia Infantas* * RESUMEN En el presente estudio se evaluó la actividad anti-inflamatoria de Grindelia boliviana Rusby “Chiri-Chiri”, en ratas, con el objeto de validar su uso popular. La evaluación se efectuó mediante el método del Edema Subplantar (mesurado con Pletismómetro) en 40 ratas albinas distribuidas equitativamente en cinco grupos: Blanco (sin tratamiento), dos grupos control AINE (naproxeno 2%) y AIE (fluancinolide 0.05%); y dos grupos con extracto acuoso de tallos y hojas al 25% y 50% de concentración. La aplicación de todos los tratamientos fué por vía tópica. Los resultados farmacológicos indican que los tratamientos con extracto acuoso de “Chiri-Chiri” al 25% y 50% disminuyen el proceso inflamatorio agudo inducido por la carragenina. La concentración mas efectiva fue la de 25% (100% de inhibición de la inflamación) a las 6 horas de evaluación, sobre los demás tratamientos. El tratamiento estadístico mediante la prueba de Duncan y Análisis de varianza (p< 0,05) verifica la diferencia significativa entre los grupos tratados. Se realizó una marcha fitoquímica preliminar de tallos y hojas de la planta, la cual reveló la presencia de taninos, flavonoides, alcaloides, cardenólidos, aminoácidos, esteroides, quinonas y leucoantocianidinas. ABSTRACT In the present study, anti-inflammatory activity from Grindelia boliviana Rusby “chirichiri” was evaluated in rats, with the purpose to validate its folkloric use. The anti-inflammatory activity was evaluated by the Subplantar edema method (measured with pletismometer) in forty albino rats equitably distributed in 5 groups: white (without treatment), two control groups AINE (Naproxene 2%) and AIE (Fluancinolide 0,05%); and two more groups with aqueous extract from shafts and leaves in concentrations of 25% and 50%. The application of all treatments were topical. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Dr. Jorge Arroyo Acevedo, Profesor Principal de la Cátedra de Farmacología de la Facultad de Medicina-UNMSM, por todas las facilidades brindadas para la ejecución del presente trabajo; al Dr. Cesar Fuertes Ruitón, Profesor Principal de la Cátedra de Química Orgánica de la Facultad de Farmacia y BioquímicaUNMSM por haber proporcionado la Carragenina utilizada en la experiencia y al Q.F. Julio Chenguayen, egresado de la Maestría en Farmacología Experimental, por el apoyo brindado. * ** Profesor Clase C. D.E. Departamento de Química. Facultad de Ciencias-UNALM Profesor Principal D.E. Departamento de Química. Facultad de Ciencias-UNALM 2 Anales Científicos UNALM Pharmacological results reveal that treatments with aqueous extract of “chiri-chiri” in 25% and 50% reduce the acute inflammatory process induced by Carragenin. The most effective concentration was 25% (100% of inhibitory effect on inflammatory responses) upon 6 hours of treatment it proved to be the most affective among all groups. Statistical processes provided by the Duncan test and Variance analysis (p<0,05) showed a significative statistical difference among different groups. A preliminary phytochemical screening of the shafts and leaves from the plant was realized, it revealed the presence of tannins, flavonoids, alkaloids, cardenolids, amino acids, steroids, quinines and leukoanthocianidines. INTRODUCCIÓN El empleo de las plantas medicinales con fines curativos es una práctica que se viene utilizando desde hace mucho tiempo. Durante largos períodos, los remedios naturales y sobre todo las plantas medicinales utilizadas para mitigar el dolor y curar enfermedades, fueron el principal e incluso el único recurso del que disponían los médicos. Esto hizo que se profundizara en el conocimiento de las especies vegetales que poseen propiedades medicinales y ampliar su experiencia en el empleo de los productos que de ellas se extraen. Es así que el uso medicinal de las plantas, la fitoterapia, nunca ha dejado de tener vigencia, muchas especies vegetales utilizadas entre los antiguos egipcios, griegos y romanos que pasaron a formar parte de la Farmacopea Medieval (mas tarde enriquecida por los conocimientos del nuevo mundo) se siguen utilizando hoy en día. El género Grindelia comprende unas 70 especies americanas, de las cuales 45 viven en América del norte y las restantes en la porción Austral de América del Sur.2,3,4,21,25 La flora peruana alberga innumerables especies vegetales con propiedades curativas, entre las que se encuentran plantas con efecto antiinflamatorio20. Destaca entre ellas la especie Grindelia boliviana Rusby (Chiri-Chiri), planta herbácea, silvestre altoandina24,29, que crece como mala hierba y de la cual se conocen varios nombres comunes entre los que destacan: Chiri chiri, Ch’iri ch’iri, Chchiri chchiri, Kiri kiri, Papaya papaya, Carahua (de origen aymara), flor de chiri y arnica puneña7,14,18,22,24,25,29, es endémica del sur y los Andes del Perú2,3,4,5,21,25, a la que se le atribuye propiedades anti-inflamatorias, antirreumáticas, resolutiva, vulneraria, antitusivas, antiasmáticas, entre otras. Es comúnmente empleada en emplastos de hojas para el tratamiento de artrítis y para aliviar dolores musculares, y asociados a golpes, también se usa en forma tópica en afecciones a los huesos, contusiones, dislocaduras, luxaciones, torceduras, fracturas, desgarro de tendones y músculo, dolores reumáticos y alergias a la piel; existen algunas referencias de uso en hemorragias internas, inflamación del hígado, afecciones de las vías respiratorias, vías urinarias, asma y tratamiento de tuberculosis14,24,25. Se ha utilizado sola o en mezcla con otras plantas u otros componentes como alcohol, aceite de culebra, azúcar, grasa animal, etc.7,18,22,25 . Es preciso destacar que se han encontrado algunos reportes sobre estudios botánicos y fitoquímicos preliminares de “Chiri-chiri”, pero muy poco sobre estudios farmacológicos24,31, Los procesos inflamatorios constituyen motivo de consultas frecuentes en los centros de salud a nivel mundial, los que son reportados en los perfiles epidemiológicos20, por las razones antes mencionadas se consideró Grindelia boliviana Rusby para el presente estudio por ser una especie que destaca en el Sur Andino del Perú, por sus propiedades anti-inflamatorias. Para cumplir nuestro objetivo se evaluó el efecto anti-inflamatorio del extracto acuoso de tallos y hojas en animales de experimentación (ratas), aplicándolo por vía tópica, por ser la vía que presenta un uso mas generalizado. ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS 3 MATERIALES Y MÉTODOS MATERIAL VEGETAL El material vegetal fresco fue colectado en el distrito de San Sebastián, provincia y Departamento del Cuzco en el mes de octubre del año 2000. La certificación botánica fué realizada en el Museo de Historia Natural de la UNMSM-Lima, de acuerdo con la clasificación de A. Cronquis et al 1981, como Grindelia boliviana Rusby “Chiri-Chiri”. En el trabajo experimental se utilizó la parte aérea (tallo y hojas) desecada. ANIMALES DE EXPERIMENTACIÓN Se emplearon un total de 40 ratas albinas, obtenidas del bioterio de la Universidad Nacional Agraria La Molina, cuyos pesos oscilaron entre 270 y 380g y sus edades estuvieron alrededor de los seis meses. MARCHA FITOQUIMICA El estudio fitoquímico fue realizado en el laboratorio de Fitoquímica del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias-UNALM. Se tomó 5 g de pulverizado de tallos y hojas para iniciar la marcha fitoquímica, de acuerdo al método propuesto por Lock14, obteniéndose 5 fracciones diferentes. Las reacciones de identificación se efectuaron mediante técnicas reportadas por Lock14 y Dominguez11 (Cuadro 1) ESTUDIO FARMACOLÓGICO Se tomó 250 g de pulverizado de tallos y hojas al cual se agregó 500 mL de agua destilada y se sometió a ebullición por 3 minutos. Luego se filtró y concentró en rotavapor a 3040°C por 24 horas. Finalmente se llevó a sequedad en estufa con corriente de aire por 48 horas a la misma temperatura. Para la preparación tópica del extracto a las concentraciones de 25% y 50% (w/w) se utilizó una base de crema comercial farmacológicamente inerte, tomando el peso necesario del extracto seco. La actividad de los extractos fue comparada, en la evaluación farmacológica, con fármacos anti-inflamatorios comerciales. La Carragenina lambda (producto irritante), fue proporcionada por la Cátedra de Química Orgánica de la Facultad de Farmacia y BioquímicaUNMSM-Lima Determinación de la actividad anti-inflamatoria El método utilizado fué el de Edema Subplantar por Carragenina, descrito por primera vez por Winter y col.30 (1962), modificado posteriormente por Sugishita y col.26 (1981). Se fundamenta en que la administración subcutánea, a nivel de la aponeurosis plantar de la rata o del ratón, de una pseudo solución de l-carragenina (un mucopolisacárido sulfatado, extraído de las algas marinas Chondrus crispus o G. chamissoi), provoca una reacción de carácter inflamatorio mediado por liberación de diversos autacoides (histamina, serotonina, bradiquinina, prostaglandinas, etc.). Además, diversos factores del complemento están implicados en la amplificación de la respuesta, generando edema cuyo espesor es medido en Pletismómetro manual, que es un dispositivo empleado para medir con precisión pequeñas variaciones de volumen que se expresan en mililitros (mL)1,9,10,24 Anales Científicos UNALM 4 Procedimiento La evaluación Farmacológica se realizó en el laboratorio de Farmacología de la Facultad de Medicina-UNMSM. Se utilizaron 40 ratas de ambos sexos escogidas al azar y fueron distribuidas en 5 grupos (Blanco, AINE,AIE,C25%,C50%) de 8 animales cada grupo. Se midió los volúmenes de la pata posterior derecha de cada individuo de los diferentes grupos en el Pletismómetro, al inicio de la experiencia, para determinar el volumen basal. Inmediatamente se aplicó 0,5 mL de carragenina al 1% por vía subcutánea dejándola actuar por 1 hora para inducir la inflamación, caracterizada por el edema. Cumplido el tiempo se midió el volumen de inflamación (espesor de la pata) y se aplicaron los diferentes tratamientos. Las mediciones posteriores se realizaron cada dos horas, durante 6 horas figura 1. Con los valores obtenidos se procedió al análisis estadístico mediante el test para rangos múltiples de Duncan y el análisis de varianza para finalmente determinar el porcentaje de inhibición producido, mediante la relación: VC - VT %Inhibición = x 100 VC Donde: Vc = Variación del volumen de la pata inflamada en el grupo blanco en el tiempo t VT = Variación del volumen de la pata inflamada en el grupo tratado en el tiempo t RESULTADOS El resultado se expresa como el promedio de los volúmenes, medidos en mililitros, de la pata posterior derecha de los individuos (n = 8) de cada grupo evaluado, respecto al tiempo en que se efectúa la medición, lo que se aprecia en la curva tiempo-efecto (figura 2). Sin embargo existen diferencias significativas (p<0,05) entre las respuestas de todos los tratamientos realizados, en cada tiempo de medición. Se determinó el porcentaje de inhibición (%I), evidenciándose el mayor valor para todos los tratamientos a las 6 horas de medición; correspondiendo el porcentaje mas alto (100%) al tratamiento con extracto acuoso de 25%, seguido de la C50% (%I = 84,8), AINE (72,7%) y el valor mas bajo correspondió al AIE (59,1%). (Cuadro 2). La evaluación farmacológica, evidencia la respuesta a la acción irritante de la carragenina en todos los grupos luego de una hora de ser aplicada. Se observa además la tendencia antiinflamatoria en los mismos grupos después de 2 horas de aplicar los tratamientos, tal como puede apreciarse en figura 3. Se verifica el efecto anti-inflamatorio en todos los grupos tratados (AINE, AIE, C25%, C50%), en todos los tiempos de medición, respuesta que difiere del grupo blanco (sin tratamiento), en el cual se manifiesta un estado inflamatorio progresivo, que inicia un ligero descenso a partir de la cuarta hora (Cuadro 3). En el tratamiento estadístico se utilizó el test de Duncan y el análisis de varianza (p<0,05) ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS 5 La marcha fitoquímica realizada a partir del extracto hidroalcohólico de tallos y hojas desecados de Grindelia boliviana Rusby, evidenció cualitativamente la presencia de algunos metabolitos secundarios (Cuadro 4). DISCUSION Existen algunos reportes etnobotánicos y un poco menos de fitoquímicos cualitativos de Grindelia boliviana Rusby24, especie distribuida en los Andes desde el Sureste de Perú hasta el noreste de la Argentina, a la que se le atribuye una diversidad de propiedades terapéuticas. En todos los casos las formas de uso y vías de administración varían, destacándose la vía tópica sobre todo para el tratamiento de superficies traumatizadas, dolorosas e inflamadas24,31, y para la vía interna, es utilizada la masticación de hojas en forma idéntica a la coca, en afecciones bronco-pulmonares, como resolutivo y expectorante. En el estudio realizado hemos considerado la aplicación tópica y el efecto anti-inflamatorio de Grindelia boliviana por ser el uso mas generalizado de acuerdo a las encuestas efectuadas por Hahold (1992)13 y Solis (1997)24, en provincias altoandinas del Cuzco. Se trabajó con un grupo blanco (sin tratamiento) y dos grupos control (con tratamiento), en los que se utilizó un anti-inflamatorio esteroideo (AIE) y otro no esteroideo (AINE), los cuales presentan modos y mecanismos de acción diferentes, asi como también difieren en algunos aspectos de su farmacocinética y farmacodinamia, pero que presentan una buena eficacia terapeútica12,16,28 y son de uso frecuente. Los hallazgos en la marcha fitoquímica preliminar en el extracto hidroalcohólico de tallos y hojas, son concordantes con lo reportado por Zirema31, en un estudio fitoquímico de la planta entera y por Solis24, en un estudio realizado en hojas. Además hemos encontrado aminoácidos, no reportados por Zirema y reportados negativamente por Solis, lo que podría sugerir que la mayor cantidad de aminoácidos se encuentra en los tallos; así mismo reportamos la presencia de cardenólidos y leucoantocianidinas no reportados por los autores mencionados. En un estudio previo se presenta la vía tópica e intraperitoneal como las de mayor actividad anti-inflamatoria para Grindelia boliviana y la vía oral como la menor actividad24, lo cual fue tomado en cuenta para nuestra evaluación en la que utilizamos solamente la vía tópica. Se sabe que los anti-inflamatorios esteroideos son los de mayor potencia12,16,28, en nuestro estudio el AIE, ha obtenido el mas bajo porcentaje de inhibición respecto a los extractos (C25% y C50%) y al no esteroideo (AINE), lo cual es concordante con lo reportado por Solis24 y Rengifo20 en trabajos experimentales anteriores con. Es probable que los modos y mecanismos de acción, la farmacocinética y farmacodinamia, asi como el método empleado tengan influencia directa sobre las respuestas obtenidas. Se precisa un estudio mas profundo para poder determinar los probables metabolitos secundarios de Grindelia boliviana que estén relacionados con la actividad anti-inflamatoria. Es conveniente considerar la evaluación comparativa de costos en cuanto al uso de formas farmacéuticas comerciales frente a preparados con extracto acuoso de especies vegetales. En nuestro caso, los productos comerciales utilizados bordean los $6,00 por 30 gramos en tanto que el preparado con extracto acuoso tiene un costo promedio de $3,8, esto implica un ahorro de 36,7% aproximadamente, lo que redunda en un beneficio económico. Anales Científicos UNALM 6 Figura 1. ESQUEMA APLICADO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA ANIMAL DE EXPERIMENTACIÓN Medición Basal Aplicar Carragenina (solución al 1 %) MEDIR VOLUMEN DE INFLAMACIÓN LUEGO DE 1 HORA Aplicar Tratamiento MEDIR VOLUMENES POST TRATAMIENTO 2 HORAS 4 HORAS 6 HORAS 3 ,0 2 ,5 VOLUMEN (ml) 2 ,0 1 ,5 1 ,0 0 ,5 0 ,0 0 1 2 4 6 T IE M P O (h o ra s ) G ru p o B la n co - S in tra ta m ie n to G ru p o A IN E - N a p ro x e n o 2 % G ru p o A IE - F lu a n c ino lid e 0 .0 5 % G ru p o E x tra c to A cu o so a l 2 5 % G ru p o E x tra c to A cu o so a l 5 0 % ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS F ig u ra 2 . C u rva T ie m p o E fe c to P ro m e d io s d e lo s V o lu m e n e s d e In fla m a c ió n V s . T ie m p o d e tra ta m ie n to 7 8 F ig u ra 3. V ari a ci ó n d e P r o m e d i o s d e V ol u m e n e s d e I nfl a m a ci o n, c o n r e s p e ct o al V o l u m e n b a s a l V s . T ie m p o d e tra ta m ie n to 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 1 2 4 T IE M P O (H O R A S ) G ru p o B la n c o - S in tra ta m ie n to G ru p o A IN E - N a p ro x e n o 2 % G ru p o A IE - F lu a n cin o lid e 0. 0 5 % G ru p o E x tra c to A c u o so a l 2 5 % G ru p o E x tra c to A c u o so a l 5 0 % 6 Anales Científicos UNALM Variación de Vol. (ml) 0,7 ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS Cuadro 1.- METABOLITOS SECUNDARIOS DETERMINADOS EN LA MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR FRACCIO N M ETABO LITO A DETERM INAR Taninos Am inoácidos Ninhidrina Flavonoides Shinoda Esteroides Lieberm ann Burchard Q uinonas Borntrager Alcaloides Dragendorff Tiocianato de cobalto C D G elatina FeCl 3 A B REACCIO N UTILIZADA Esteroides Lieberm ann Burchard Cardenólidos Kedde Flavonoides Shinoda Leucoantocianidinas Rosenheim Cardenólidos Kedde Esteroides,Triterpenos Lieberm ann Burchard Alcaloides Dragendorff Tiocianato de cobalto E Flavonoides Leucoantocianidinas Shinoda Rosenheim 9 Anales Científicos UNALM 10 Cuadro 2.- PORCENTAJE DE INHIBICION (%i) % I EN TIEM PO S (Hrs) DE EVALUACIO N TRATAM IENTO BLANCO T(1) 1 T(2) 2 T(3) 4 T(4) 6 0 0 0 0 AINE 11,4 51,2 55,4 72,7 AIE 39,2 36,9 35,1 59,1 C25% 36,7 35,7 73 100 C50% 15,2 34,5 32,4 84,8 11 ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS Cuadro 3.- PROMEDIO DEL VOLUMEN DE INFLAMACION (mL) EN CADA TIEMPO DE EVALUACION TIEMPO DE EVALUACION LUEGO DE APLICAR LOS TRATAMIENTOS CONTROL DE EVALUACIÓN GRUPO EVALUADO BLANCO 1 Hora despues de Aplicar carragenina BASAL 2 HORAS 4 HORAS 6 HORAS 1,34 2,13 2,18 2,08 2 1 1,7 1,41 1,33 1,18 AIE 0,98 1,46 1,51 1,46 1,25 C25% 1,85 2,35 2,39 2,05 1,85 C50% 1,71 2,38 2,26 2,21 1,81 AINE Anales Científicos UNALM 12 Cuadro 4.- RESULTADOS DE LA MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR METABOLITO SECUNDARIO PRUEBA RESULTADO + Taninos Gelatina Fenoles FeCl3 Flavonoides Shinoda Aminoácidos Ninhidrina Esteroides Liebermann–Burchard Quinonas Bortragen + + + ± ± Dragendorff + Alcaloides Tiocinato de Cobalto + + Cardenólidos Kedde Leucoantocianidinas Rosenheim ± Escala cualitativa: (+) Coloración intensa (±) Coloración tenue ACTIVIDAD ANTI-INFLAMATORIA DE GRINDELIA BOLIVIANA (Chiri-Chiri), EN RATAS 13 BIBLIOGRAFÍA 1.- Aguado, I. 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The best treatments were 5% suspension in water and drying at 180°C for cultivar C-13 and 2% suspension in water and drying at 150°C for cultivar C-15. The pastes prepared from the pre-gelatinized starch had a high percentage of sineresis (44.72%) when stored at room temperature (30°C) as compared to the “native” starch pastes, which had 20.0% sineresis. There were no significant differences in stability to freezing conditions between paste samples from the two cultivars prepared from pre-gelatinized starch, which had an average of 15% sineresis. There were significant differences in the starch paste samples prepared from native starch, where the percent sineresis was 27.73 and 16.04 for cultivars C-13 and C15, respectively. The starch pastes prepared from native starch are more stable in acidic solution (pH = 2.4) than the starch pastes prepared from pre-gelatinized achira starch. RESUMEN Mediante una evaluación preliminar se logró la selección de 2 cultivares peruanos de achira con un promedio de 5.4 kg rizomas/planta y un contenido de almidón promedio superior a 17%. Se prepararon suspenciones de almidón/agua de 2, 5, y 8% y se secaron en rodillos giratorios con temperaturas de 120, 150 y 180°C; las muestras pregelatinizadas fueron tamizadas para lograr partículas homogéneas de almidón. La selección de las muestras pregelatinizadas para los posteriores análisis se hizo en base a la viscosidad aparente de las pastas elaboradas * Profesora Principal del Departamento de Industrias Alimentarias ** Ing. Centro de Investigación de la Papa 16 Anales Científicos UNALM a partir de ellas, resultando las más adecuadas las que presentaron una viscosidad aparente próxima a la de las pastas elaboradas a partir de almidones nativos, las que recibieron el siguiente tratamiento: 1) suspensión al 5% y secado a 180°C y, 2) suspensión al 2% y secado a 150°C para los cultivares C-13 y C-15, respectivamente. Las pastas elaboradas a partir de almidones pregelatinizados mostraron un elevado porcentaje de sinéresis (44.72%) al ser almacenados al medio ambiente (30°C) en comparación con las pastas elaboradas a partir de almidones nativos (20.0%). No se aprecian diferencias significativas en cuanto a la estabilidad a la congelación entre las muestras elaboradas a partir de almidones pregelatinizados, alcanzando un promedio un 15% de sinéresis, mientras que en pastas elaboradas a partir de almidones nativos el porcentaje de sinéresis para los cultivares C-13 y C-15 fue de 27.73 y 16.04% respectivamente. También se ha determinado que las pastas elaboradas a partir de almidones nativos son más estables en medios ácidos (pH=2.4) que las pastas elaboradas a partir de almidones pregelati-nizados de achira. INTRODUCCION MATERIALES Y METODOS La achira (Canna indica Linn) es una especie tradicionalmente importante en el Perú aunque en la actualidad se encuentra rezagada tanto por el agricultor como por el consumidor peruano. En América es posible encontrar plantaciones economicamente importantes sólo en Ecuador y Perú. En Asia es muy cultivada para la extracción de almidón y en Brasil se utiliza el follage por su alto contenido protéico para alimentar ganados en levante. Las propiedades funcionales de los almidones de achira hacen muy importante su uso en paises orientales como Taiwan y Tailandia, donde es muy utilizado en panificación y en la elaboración de fideos. Lugar de ejecución El estudio de las caracteristicas de los almidones nos lleva a ampliar la infinidad de usos que estos presentan tanto en la industria alimentaria como en otras industrias. Los últimos eventos como el nacimiento de la ingeniería enzimática y el uso de los almidones modificados en la industria alimentaria hacen cada vez más importantes a los almidones y necesaria la busqueda de nuevas fuentes de almidón. Las características de los almidones de achira hacen de esta una especie promisoria capaz de contribuir al desarrollo socio-económico del campesino peruano. Los análisis de la presente investigación se realizaron en las siguientes instalaciones: - Laboratorio de Tecnología de Procecesamiento del Centro Internacional de la Papa (CIP) La Molina. - Planta Piloto de Procesamiento de Productos Agroindustriales del Instituto de Desarrollo Agroindustrial (INDDA) - UNALM. - Laboratorio de Análisis de Alimentos de la Facultad de Industrias Alimentarias de la Universidad Nacio nal Agraria – La Molina. - Laboratorio de Biotecnología del Departamento de Mejoramiento y Recursos Genéticos del Centro Inter nacional de la Papa (CIP) La Molina. - Laboratorio de Cereales de Instituto de Desarrollo Agroindustrial (INDDA) - UNALM. Materia prima Los cultivares usados como materia prima pertenecen al Banco de Germoplasma de Raíces y tubérculos andinos del Centro Internacional de la Papa (CIP) y fue proporcionada por esta institución para el presente estudio. CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) Extracción de almidones nativos de achira por el método de Najarro (1995) Determinaciones análiticas de la materia prima Composición químico proximal Se realizaron los siguientes análisis según la metodología de la AOAC (1990): humedad, proteína cruda, grasa, fibra, ceniza y extracto libre de nitrógeno. Determinación del contenido de almidón La determinación del contenido de almidón se realizó por el método de Frank Ross citado por Talburt y Smith (1975). Determinaciones analíticas de los almidones nativos Determinación de humedad (para harinas y almidones) Método N° 925.09 descrito por la AOAC (1990). Determinación de nitrógeno y proteína total Método N° 920.87 descrito por la AOAC (1990), modificado para usar un equipo Kjetec-Tecator. Determinación de ceniza Método N° 923.03 descrito por la AOAC (1990). Determinación de grasa (cruda) o extracto etéreo Método N° 920.39C descrito por la AOAC (1990). Forma y tamaño de los gránulos de almidón Para determinar la forma de los gránulos de almidón de achira se utilizó un microscopio óptico Olimpia con un aumento de 200X y un microscopio electrónico de barrido (MEB) con un aumento de 700X. 17 El tamaño promedio y la distribución del tamaño de los gránulos de almidón se determinaron siguiendo el método de Schoch y Maywald (1956), utilizado por Loayza (1981). Hinchamiento y solubilidad Estas características se analizaron utilizando el método de Leach et al. (1959), reportado por Loayza ( 1981). Análisis térmico diferencial Se prepararon diluciones con una relación agua/almidón de 3:1 (p/p) y con cantidades de muestra de 25.2 mg. Las muestras fueron selladas en celdas de aluminio y analizadas en un equipo DSC (Differential Scanning Calorimetry). El intervalo de temperaturas de trabajo fue de 37 y 127°C, con una razón de calentamiento de 10°C/min. Viscosidad aparente Para determinar la variación de la viscosidad de la pasta de almidón con el tiempo a 30°C (temperatura ambiente), el indice de consistencia y el indice de comportamiento de flujo se usó el viscosímetro Brookfield. El método se basa en el reportado por Santacruz (1995), modificado por Cenzano (1996). Se realizan mediciones de la viscosidad cuando la pasta es enfriada y alcanza la temperatura ambiente (30°C), a las 2 y 4 horas siguientes. Análisis viscoamilográfico El proceso de gelatinización, la consistencia y la estabilidad de las pastas de almidón se evalúan mediante las gráficas obtenidas del viscoamilógrafo Brabender, en el cual se colocan 25 gramos de muestra (almidón) en base seca y 460 ml de agua destilada. El proceso se inicia a 25°C, calentandose hasta 93°C a una velocidad de 1.5°C/minuto, donde se mantiene por 15 minutos, para luego ser enfriada a la misma velocidad en que fue calentada hasta alcanzar los 50°C. Anales Científicos UNALM 18 Pregelatinizado de los almidones La producción del almidón pregelatinizado se realizó considerando suspensiones en concentraciones de 2, 5 y 8% para cada una de las muestras, las mismas que fueron pregelatinizadas en un secador de rodillos con temperaturas de superficie de 120, 150 y 180°C. El flujo seguido se observa en la Figura 1 y se detalla a continuacion. ALMIDON NATIVO DISPERSION SECADO MOLIENDA TAMIZADO EMPACADO ALMACENAMIENTO Fig. 1. Flujo de operaciones seguido para la obtención de almidón pregelatinizado a nivel de planta piloto. Materia prima.- La materia prima usada para la pregelatizacion de los almidones fueron los cultivares C-13 y C-15, por ser los que obtuvieron mayor rendimiento comercial. Al respecto los cultivares C-13 y C-15 presentaron una producción promedio de rizomas y un rendimiento de almidon promedio de 5.56 Kg/ planta y 16.97% y 5.25 Kg/planta y 17.30% respectivamente . Dispersión.- Esta operación se realizó en un recipiente de acero inoxidable y a temperatura ambiente con la finalidad de obtener una dispersión homogénea del almidón; trabajandose como base con 100 gramos de muestra (almidón en base húmeda), se pre- pararon suspensiones en las concentraciones anteriormente mencionadas y para determinar la cantidad de agua a adicionar se prácticó la siguiente fórmula : X = (100 – h)(1 – C) _ h C Donde: X= Gramos de agua a utilizar. h= Contenido de humedad de la muestra en base húmeda. C= Concentración deseada decimal. Secado.- El secado de los almidones se realizó utilizando un secador de rodillos giratorios, con temperaturas de superficie de 120, 150 y 180°C. La velocidad de los rodillos fue de 4 rpm. Molienda.- Esta operación tuvo por finalidad la reducción del tamaño de las partículas obtenidas del proceso de secado, se realizó en un molino tipo mortero. Tamizado.- Se realizó con la finalidad de eliminar las partículas de mayor tamaño y que escaparon al proceso de molienda y para obtener partículas ligeramente finas y homogéneas. Se utilizó un tamiz metálico marca ASTN N° 120. Empacado.- Las muestras fueron empacadas en bolsas de polietileno, las que fueron selladas térmicamente y a las que previamente se le eliminó en lo posible el aire contenido en su interior. Almacenamiento.- Las muestras fueron almacenadas en una cámara de refrigeración a 4°C y humedad relativa de 60%, permaneciendo allí hasta el momento en que fueron analizadas. Los cambios de la temperatura de pregelatinizado se realizan en la etapa de secado. En esta etapa se realiza el pregela-tinizado de las muestras considerando constante tanto la temperatura (120 °C) como la velocidad de giro CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) de los rodillos (4 rpm), hasta pregelatinizar las suspensiones preparadasen las tres concentraciones diferentes; finalizado el tratamiento con la primera temperatura se prosigue con las otras dos restantes (150 y 180°C) teniendo siempre constante la velocidad de los rodillos giratorios. Estabilidad del almidón al pH y al almacenamiento Se preparan suspensiones de 500 ml a una concentración de 3% con las muestras de almidones nativos y las de almidones pregelatinizados. Estas son calentadas en baño maria a 80°C y durante 15 minutos, con agitación constante, luego se deja enfriar la pasta hasta alcanzar la temperatura ambiente y se llevan a pH 2.4, utilizando HCl 0.5 N, la cual se añade gota a gota. Posteriormente se agrega 0.5 g de benzoato de sodio con el objeto de evitar cualquier crecimiento de microorganismos durante el almacenamiento. Finalmente se coloca la pasta en baño maria a 25°C por 15 minutos y se realiza la lectura de la viscosidad, haciendo uso del viscosímetro Brookfield. Esta misma operación se realiza a los 1, 2, 4, 6 y 9 días, almacenando las muestras a temperatura ambiente. Estabilidad al almacenamiento en congelación En un baño a ebullición durante 10 minutos y con agitación constante, se gelatinizaron suspensiones al 2% de almidones nativos y almidones pregelatinizados de achira. Las muestras preparadas se almacenaron a –20°C durante 20 días, equivalentes a 5 ciclos de 4 días cada uno, con procesos de descongelación de 1 hora a 30°C luego de cada ciclo. Las muestras se sometieron luego a centrifugación en una centrífuga marca VARIFUGE a 1000 gravedades, durante 10 minutos. Finalmente se pesó la cantidad de agua separada, que se reportó como porcentaje en relación al peso de muestra inicial (% sinéresis). 19 Porcentaje de sinéresis En baño a ebullición se gelatinizaron las muestras en estudio por espacio de 15 minutos y con agitación constante. Se enfriaron las muestras y se le agregó 0.1% de benzoato de sodio con la finalidad de evitar cualquier crecimiento de microorganismos durante el almacenamiento. Posteriormente se procedió a pesar las muestras (peso inicial) y se almacenaron a temperatura ambiente. Estas son almacenadas 20 días y evaluadas cada 5 días (ciclo de 4 días cada uno). En cada evaluación las muestras son centrifugadas a 1000 gravedades por 10 minutos y luego se pesa la cantidad de agua perdida la que es expresada en porcentaje de sinéresis con respecto al peso inicial. Después de evaluadas las muestras son almacenadas nuevamente a temperatura ambiente. RESULTADOS Y DISCUSION Selección de la materia prima La evaluación preliminar permitió seleccionar 3 cultivares con rendimientos de almidón superiores a 16% que fueron los siguientes : C-13 (16.97%), C-15 (17.30%) y ARB-5179 (16.94%). Estos cultivares presentaron una producción promedio de rizomas superior a 5.0 Kg/planta, lo que equivale a una producción promedio aproximada de 60 Tm/Ha., valores superiores a los 22-50 Tm/Ha. reportado por Chaparro y Cortés (1979), a los 30 Tm/Ha reportado por Torres (1998) y a los 54 Tm/Ha. reportado por Hu (1983). Estadísticamente se encontró diferencias entre el cultivar C-15 y los cultivares C13 y ARB-5179, más no entre estos últimos, aunque finalmente el cultivar ARB-5179 fue descartado para los posteriores análisis por la inestabilidad del carácter “rendimiento de almidón”, por lo que se escogió a las muestras C-13 y C-15 como muestras para la presente investigación. Anales Científicos UNALM 20 Composición químico proximal de los rizomas de achira En el Cuadro 1 se presentan los resultados de la evaluación proximal de los rizomas de achira. Estos presentaron una humedad de 69.61 y 68.67% para los cultivares C-13 y C-15 respectivamente, valores inferiores a 84.28% reportado por Santacruz (1995) y 80.7% de Cenzano (1996), pero muy similares a 70% reportado por Tapia (1995). nir a la achira como un alimento altamente energético. El contenido de proteínas (b.s.) en los rizomas de achira son de 3.66 y 5.10% para los cultivares C-13 y C-15 respectivamente, superiores al 1.4 y 2.7% reportados por Antunez de Mayolo (1993) y Tapia (1995), respectivamente, pero muy similar al valor de 3.69% reportado por Dividich (1997) y al 3.9% reportado por Hurtado (1997). El cultivar C-15 presenta valores protéicos de 5.10% que se asemejan al valor promedio encontrado por Cenzano (1996), 5.01%. Contenido de azúcares y almidón En el Cuadro 2 se presenrtan los valores porcentuales en base seca de azúcares reductores, azúcares totales y almidón de los cultivares en estudio. Los valores promedios de azúcares reductores y de azúcares totales fueron de 2.52 y 5.67% para C-13 y 3.07 y 6.48% para C-15. Cenzano (1996) reporta valores entre 6.05 y 12.51% para azúcares reductores y valores entre 20.45 y 30.17% para azúcares totales. El contenido de azúcares es una característica que está en función de una serie de factores entre los que se puede mencionar a la variedad y edad de la planta (Santacruz,1995). Chaparro y Cortés (1979) consideran como factores influyentes en el contenido de azúcares a la cantidad de follage, el contenido de agua en el suelo y a las condiciones de almacenamiento desde el momento de la cosecha hasta el momento del análisis. El contenido de grasa y fibra en las muestras analizadas es bajo, con promedios de 0.86 y 2.03% para los cultivares C-13 y C-15 respectivamente, pero se observa un alto contenido de carbohidratos, por lo que se podría defi- El contenido de almidón fue de 79.79% para C-13 y 77.21% para C-15, muy superior a los 67.46% reportado por Cenzano (1996), pero similar a los valores obtenidos por Santacruz (1995) y Hurtado (1997) de 79.63 y 76.0%, respectivamente. Cuadro 1. Composición química de los rizomas de achira de los cultivares en estudio. (100g alimento fresco) C ompuesto C ulti var C -13 A gua C -15 69.61 68.67 P roteína 1.11 1.6 Grasa 0.24 0.27 Fi bra 0.57 0.68 C eni za 1.41 1.52 27.06 27.26 Ni fex CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) 21 Cuadro 2. Contenido de azúcares reductores, totales y almidón de las muestras de achira en estudio (Base seca) C ulti var C ompuesto C -13 C -15 Azúcares reductores 2.52 3.07 Azúcares totales 5.67 6.48 79.79 77.21 Almi dón Características de los almidones nativos Forma y tamaño de los almidones El conocimiento de las caracteristicas más sobresalientes de los almidones nativos permite predecir muchas de las propiedades funcionales que tienen estos compuestos desde el punto de vista industrial. En la Figura 2 se presentan las microfotografias de los almidones de los dos cultivares en estudio. La forma y el tamaño de los gránulos de almidón es característica de cada especie botánica, en este caso se aprecia que los gránulos de almidón de achira presentan en general una forma oval elíptica, coincidiendo con lo reportado por Cenzano (1996), quien trabajo con 3 cultivares de achira y Soni et al. (1990), quien trabajó con almidones purificados de achira para su caracterización. El tamaño de los gránulos de almidón promedio para el cultivar C-13 es de 48.04 micras, mientras que para el cultivar C-15 es de 47.98 micras, valores que se asemejan a los reportados por Cenzano (1996) de 47.57 micras, pero ligeramente superiores a los 42.7 micras reportado por Ruales et al. (1995) quien trabajó con variedades ecuatorianas de achira y a los 45.8 micras reportado por Nagahama y Truong (1994), también para almidones de achira. Composición químico-proximal de los almidones de achira En el Cuadro 3 se observa que los almidones en estudio presentan un contenido de humedad promedio muy semejante a los resultados reportados por Cenzano (1996), 15.22%. El cultivar C-13 presenta una humedad de 13.02%, mientras que el cultivar C-15 un porcentaje de humedad de C-13 C-15 Fig. 2. Microfotografias de los almidones de los cultivares en estudio. Fig. 2. Microfotografías de los almidones de los cultivares en estudio. Anales Científicos UNALM 22 Fig. 3. Frecuencia del tamaño de los gránulos de almidón de las muesras en estudio 16.54. Aunque la humedad de los almidones depende de la atmósfera en la que han sido almacenados, Santacruz (1995) menciona que estudios realizados sobre almidones comerciales de achira muestran humedades promedios entre 15 y 18%. Hurtado (1997) presenta porcentajes de proteína en almidones de achira inferiores al 0.1%, coincidiendo con Cenzano (1996), mientras que Santacruz (1995) reporta cantidades promedio en almidones comerciales de achira de 0.3%; cifras que se ase- mejan al promedio obtenido en los almidones en estudio (0.35%). Soni et al, (1990) reporta porcentajes de proteínas de 0.9%. En cuanto al contenido de grasa no se encuentran diferencias significativas entre los valores obtenidos (b.s.) en los almidones en estudio (0.11 y 0.16% para los cultivares C13 y C-15 respectivamente) y los citados por Cenzano (1996), aunque Santacruz (1995) reporta un promedio de 0.27%, estas cifras son consideradas bajas y son características en almidones de raíces. Cuadro 3 Composición proximal de los almidones de achira de los cultivares en estudio (% B.H.) C ulti var C ompuesto C -13 C -15 Humedad 13.02 16.54 Materi a seca 86.98 83.46 N.T. 0.04 0.07 Proteína 0.25 0.44 Grasa 0.13 0.19 Fi bra 00.3 0.23 C eni zas 0.33 0.22 CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) 23 Cuadro 4 Porcentaje de hinchamiento y solubilidad de los almidones de achira de los cultivares en estudio Temperatura Hi nchami ento Solubi li dad (°C ) C -13 C -15 C -13 C -15 65 1.86 2.01 0.27 1.87 70 3.16 5.25 2.80 3.07 75 15.81 15.20 15.73 16.13 80 19.15 17.13 17.87 18.40 85 23.77 22.01 20.13 22.63 90 26.78 24.97 25.47 26.00 95 29.37 29.33 28.80 29.20 Fig. 4. Hinchamiento de los gránulos de almidón de las muestras en estudio (%) 35 Solubilidad (%) 30 25 20 15 10 5 0 65°C 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C Temperatura (ºC) C-13 El porcentaje de fibra obtenido fue de 0.30% en el cultivar C-13 y de 0.23% para el cultivar C-15. Estos valores son ligeramente altos al 0.15% que cita Hurtado (1997), aunque el mismo menciona que son valores inferiores a los almidones comerciales de otras especies. Hinchamiento y solubilidad En el Cuadro 4 se muestran los porcentajes de hinchamiento de almidón de los dos cultivares en estudio. Puede apreciarse que no hay diferencia significativa entre las dos muestras. Este resultado era esperado C-15 puesto que el tamaño promedio de los gránulos de almidón (que es una caracteristica de mucha influencia sobre el hinchamiento) es prácticamente el mismo para los cultivares analizados. En la Figura 4 se puede observar que a 70º C se experimenta un notorio hinchamiento de los gránulos de almidón en ambos cultivares en estudio. Se puede notar que existe ligeramente mayor resistencia al hinchamiento en el cultivar C-3, aunque finalmente es el que más hincha, alcanzando un hinchamiento de 29.37%, ligeramente Anales Científicos UNALM 24 De la Figura 5 se puede deducir que el almidón de achira es insoluble en agua fria. Conforme aumenta la temperatura, las fuerzas internas del gránulo se van debilitando y es cuando parte del almidón pasa a la fase acuosa. Se puede apreciar un severo ascenso de la solubilidad a partir de los 70°C de temperatura. En esta etapa se realiza la ruptura de la parte de almidón unida por fuerzas intermoleculares más debiles que se encuentran en la periferie del gránulo, quedando parte de almidón unido por enlaces más resistentes. También se aprecia que existe una ligera resistencia de parte del gránulo a ser solubilizado; sólo con el ascenso de la temperatura es posible la solubilización de otra porción de almidón. 7 Nagahama y Truong (1994), en un estudio realizado sobre almidones de diferentes especies botánicas obtuvieron solubilidades promedio en papa de 6% y en achira un porcentaje de 18% a 80°C; mientras que Cenzano (1996) obtuvo 26.20% de solubilidad en una variedad de papa (Tomasa) a 75°C y a 80°C un promedio de 17.65% en almidones de achira, valor muy semejante al promedio obtenido en el pre- superior a los 29.33% alcanzado por el cultivar C-15. Nagahama y Truong (1994) reportan un hinchamiento de 23.5% a 80°C para almidones de achira, mientras que Cenzano (1996) un porcentaje promedio de 20.1% en tres clones de achira, valor muy semejante al obtenido por el cultivar C-13 (19.15%), aunque ligeramente superior al del cultivar C-15 que mostró ligera resistencia al hinchamiento (17.13%). Soni et al. (1990) hacen mención que el hinchamiento del almidón de achira es aproximadamente 6.5%, superior al de maiz, mientras que Cenzano (1996) muestra porcentajes de hinchamiento en papa de hasta 52% a 77.5 °C de temperatura. El porcentaje de solubilidad encontrado en el cultivar C-13 es de 17.87%, mientras que para el cultivar C-15 de 18.40% (Cuadro 4). Estos valores son muy similares al 17.60% reportado por Cenzano (1996), y muy superior a 7% citado por Soni et al. (1990). Las diferencias encontradas entre los valores reportados por los distintos investigadores se debe posiblemente a las variedades utilizadas en los análisis, cada uno con características particulares. Figura 5: Solubilidad de los gránulos de almidón de las muestras en estudio(%) 35 Solubilidad (%) 30 25 20 15 10 5 0 65°C 70°C 75°C 80°C 85°C Temperatura (ºC) C-13 C-15 90°C 95°C CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) sente estudio (18.14%). Soni et al, (1990), por otra parte, reporta un porcentaje de solubilidad de 7% a 80ºC para almidones de achira, alcanzando una 17% a temperaturas de 95º C. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto, una vez más, que las características funcionales son propias de las especies vegetales y que indican, es posible encontrar diferencias significativas dentro de cada especie. Estas características son altamente influenciadas por las condiciones 25 en que ha sido cultivada la planta y las condiciones de almacenamiento al que ha sido sometido el material analizado. Análisis viscoamilográfico El Cuadro 5 muestra los resultados del comportamiento reológico de las muestras en estudio. Aquí se puede ver que la viscosidad máxima alcanzada durante el calentamiento en el cultivar C-13 fue de 560 U.B. mientras que para el cultivar C-15 de 250 U.B. Cuadro 5. Resultado de los análisis viscoamilográficos de los almidones de achira en estudio. Cultivar Mg (min) Vm (U:B:) Mn (min) Vr (U:B:) Ve (U:B:) T ° inicial de gelatinización (Tg) Facilidad al cocimiento Mn - Mg Inestabilidad del gel Vm - Vr C -13 29.5 560 45.7 730 820 69.0 16.2 -170 C - 15 29.0 250 45.4 350 490 68.5 16.4 -100 Tg : Temperatura a la cual comienza el brusco ascenso de la viscosidad. Mg : Minutos en los que alcanza la temperatura Tg. Vm : Viscosidad máxima durante el calentamiento, hasta 93°C. Mn : Minutos en los que alcanza la viscosidad máxima Vm. Vr : Viscosidad después de 15 minutos a 93°C. Ve : Viscosidad al enfriar hasta 25°C. 26 Anales Científicos UNALM En la Figura 6 se puede apreciar que aproximadamente a los 30 minutos de calentamiento de la solución al 55%, empieza el brusco ascenso de la viscosidad, conociendo a esta etapa como temperatura inicial de gelatinizacion. La temperatura inicial de gelatinización (69°C y 68.5°C para los cultivares C-13 y C15 respectivamente) es muy similar al 71°C reportado por Nagahama y Troung (1994), pero superior al citados por Hurtado (1997) y Ruales et al. (1995), quienes reportan valores promedios de 65.1 y 61.2°C respectivamente. Cenzano (1996) reporta valores promedios de 72.5°C para almidones de achira. El cultivar C-15 presenta un constante ascenso de la viscosidad a lo largo de todas las etapas, alcanzando luego del enfriamiento a 25°C una viscosidad de 490 U.B.; por el contrario, el cultivar C-13 presenta un ligero descenso de la viscosidad en la etapa de temperatura constante a 93°C por 15 minutos, para luego ascender hasta alcanzar una viscosidad luego del enfriamiento hasta 25°C de 820 U.B. La diferencia entre la viscosidad máxima durante el calentamiento hasta 93°C y la viscosidad después de 15 minutos a esta misma temperatura muestra el grado de inestabilidad de los soles o geles. En el presente estudio se puede ver que el gel de almidón del cultivar C-15 es más estable que el gel de almidón del cultivar C13, es decir, la diferencia de viscosidad es mayor en el cultivar C-13 luego de alcanzar la máxima viscosidad durante el calentamiento hasta 93°C y después de mantenida a esta temperatura por 15 minutos. Viscosidad aparente En el Cuadro 6 se muestra la variación de la viscosidad aparente con el incremento del número de revoluciones, así como del comportamiento de los geles después del almacenamiento a temperatura ambiente durante 2 y 4 horas. Se puede observar que a 0.5 rpm, se obtiene una viscosidad inicial de 64 x 103 y 56 x 103 centipoises para los cultivares C-13 y C-15 respectivamente. A las 2 horas de almacenadas las muestras gelificadas a temperatura ambiente, el cultivar C-13 presenta un ligero incremento de la viscosidad, mientras que el cultivar C-15 experimenta un importante aumento de la viscosidad, alcanzando los 132 x 103 centipoises. A las 4 horas de almacenadas las muestras gelificadas la viscosidad alcanzada por el cultivar C-13 fue de 124 x 103 centipoises, mientras que Fig. 6. Viscoamilogramas de los almidones de los cultivares en estudio. 27 CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) Cuadro 6. Viscosidad aparente del almidón nativo de los cultivares en estudio. Ti empo de almacenami ento (Hs.) RPM 0 C -13 2 C -15 4 C -13 C -15 C -13 C -15 0.5 64 56 84 132 124 176 1 40 32 48 84 72 96 2.5 20 16.8 24 42.4 36 44 5 14 10.4 14.8 24.8 20.8 24 10 9.2 6.8 9.6 14.8 12.8 13.2 20 6.4 4.6 6 8.8 7.8 7.4 50 3.8 2.6 3.4 4 4.4 4 100 2.6 1.8 2.2 2.5 2.9 2.7 para el cultivar C-15 fue de 176 x 103. Estos resultados revelan un comportamiento pseudoplástico (no newtoniano), es decir, son materiales que se alejan del comportamiento newtoniano y que no pueden ser descritos por la siguiente ecuación: η=σ/τ El comportamiento pseudoplástico es aquel en el que el incremento de la fuerza de corte corresponde a un incremento de la razón de corte, sin ser necesario ningún esfuer- zo inicial para iniciar el flujo, siendo la viscosidad aparente dependiente de la razón de corte (Bourne, 1982; citado por Santacruz, 1995). En las Figuras 7 y 8 se puede apreciar que existe un descenso de la viscosidad en los geles de los cultivares en estudio con el incremento del número de revoluciones, coincidiendo con la tendencia encontrada por Cenzano (1996) para almidones de achira. Fig. 7. Estabilidad del gel del cultivar C-13 después del almacenado al medio ambiente. Anales Científicos UNALM 28 Fig. 8 Estabilidad del gel del cultivar C-15 después del almacenado al medio ambiente Análisis térmico diferencial (DSC) Este análisis permitió determinar con exactitud el rango de temperatura en la cual se lleva a cabo el fenómeno de gelatinización de los almidones en una suspensión determinada de almidón/agua. Este rango de temperatura está directamente influenciado por la variación del tamaño de los gránulos de almidón utilizados, asi tenemos que los gránulos de almidón de mayor tamaño son los que primero gelatinizan mientras que los almidones más pequeños gelatinizan a temperaturas.más altas. Los resultados del análisis térmico diferencial se presentan en el Cuadro 7, y se observa que existe mucha similitud entre las muestras nativas en estudio. La temperatura de inicio de la gelatinización para la muestra C-13 fue de 66.0°C, mientras que para la muestra C-15 fue de 67.60°C. La gelatinización termina a los 84.2 y 85.0°C para el cultivar C-13 y C-15 respectivamente. Estos valores difieren de los reportados por Santacruz et al. (1995) para muestras de almidón de achira quien observó temperaturas de inicio y final de la gelatinización de 56.8 y 67.7°C. Inatsu et al. (1983) citado por Santacruz (1995), presenta temperaturas de inicio de 65.8°C y de término de la gelatinización de 85.8°C, los cuales se asemejan a los encontrados en este trabajo. Lamentablemente tanto Inatsu et al. (1983) citado por Santacruz como Santacruz et al. (1998) no especifican la concentración de la solución con la cual se obtuvieron dichos resultados. Cuadro 7 Análisis Térmico Diferencial T1 ( °C ) Tp ( °C ) T2 ( °C ) ∆T ( °C ) - ∆ H (J/g) C -13 66 69.95 84.2 18.2 -5.33 C -15 67.6 72.4 85 17.4 -3.53 C ulti var Tp : Temperatura de pico. T1 : Temperatura inicial de gelatinización. T2 : Temperatura final de gelatinización. ∆H: Cambio de entalpia CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) Respecto a la entalpia de los almidones, Ruales et al. (1995) reporta para almidones nativos de achira una entalpia de gelatinización de 5.3 J/g., mientras que Santacruz (1995) indica una entalpia de 5.29J/g. para una variedad de achira. Santacruz et al. (1998) reportan entalpias de gelatinización para arracacha (Arracacia xanthorriza) de 17.6±0.3, para oca (Oxalis tuberosa) de 14.6±0.2 y para achira (Canna indica) de 15.7±0.2 J/g. Caracterización de los almidones pregelatinizados Los almidones nativos al ser sometidos a diferentes tratamientos de temperatura y concentración presentan cambios importantes en sus propiedades reológicas. En el Cuadro 8 pueden apreciarse los cambios en la viscosidad aparente según el tratamiento que han recibido las muestras respecto a temperatura y concentración. En este cuadro, en primer lugar puede observarse que existe el mismo comportamiento que los almidones nativos respecto a la Ley de Newton, comportandose igualmente como un material pseudoplástico. También puede apreciarse que el rango de viscosidad promedio encontrado es muy amplio con valores de 880 centipoises para una concentración de 8% y una temperatura de 120°C, hasta 26,000 centipoises para una concentración de 2% y una temperatura de 150°C. Las comparaciones con los almidones nativos se realizaron en base a 0.5 rpm, ya que a esa velocidad se obtuvieron las más altas viscosidades. Biliaderis et al. (1980), en un estudio realizado sobre almidones de papa y maíz determinó que la concentración a la cual son tratados los almidones tiene mucha influencia sobre la temperatura de gelatinización, a tal punto que en el método DSC se puede observar termogramas con dos transiciones endotérmicas si los almidones son calentados en presencia de cantidades limitadas de agua, como consecuencia de la fusión de los gránulos de almidón. En las Figuras 5 y 6 podemos observar los termogramas de las muestras en estudio. mW 20191817161514131211109876543210-1-235 ‘ 40 ‘ 45 ‘ 50 ‘ 55 ‘ 60 ‘ 65 ‘ 70 ‘ 75 29 ‘ 80 ‘ 85 ‘ 90 ‘ ‘ 95 100 ‘ 105 ‘ 110 ‘ ‘ 115 1 Temperatura Fig. 9. Termograma del almidón del cultivar C-13 30 Cuadro 8. Viscosidad aparente del almidón pregelatinizado de los almidones en estudio. (En centipoises x 1000) C - 13 C - 15 Concentración 2% 5% 8% 2% 5% 8% Temp. secado (ºC) Temp. secado Tem. secado (ºC) Temp. secado (ºC) Temp. secado (ºC) Temp. secado (ºC) 120 150 180 120 150 180 120 150 180 120 150 180 120 150 180 120 150 180 0.5 6.40 8.40 11.00 11.00 16.00 16.00 4.00 3.00 6.20 10.40 26.00 2.20 9.00 2.20 11.20 0.88 2.00 5.20 1.0 3.80 5.80 8.00 6.60 11.80 11.10 2.50 2.00 5.00 6.00 16.20 2.00 6.00 2.30 8.00 0.80 1.56 4.00 2.5 2.00 3.04 5.08 4.08 6.04 6.60 1.28 1.60 3.20 2.96 9.20 1.28 3.20 1.52 4.80 0.53 1.04 2.60 5.0 1.28 1.92 3.00 2.68 3.90 4.40 0.84 1.20 2.30 1.80 6.00 0.98 2.10 1.02 3.24 0.40 0.78 1.90 10.0 0.80 1.24 2.00 1.76 2.56 3.00 0.65 0.85 1.70 1.14 3.94 0.70 1.41 0.80 2.30 0.31 0.60 1.39 20.0 0.55 0.82 1.35 1.13 1.77 2.11 0.45 0.63 1.23 0.76 2.70 0.53 1.01 0.60 1.65 0.25 0.46 1.00 50.0 0.34 0.51 0.78 0.64 1.06 1.34 0.32 0.45 0.81 0.46 1.61 0.36 0.65 0.42 1.01 0.19 0.34 0.66 100.0 0.25 0.36 0.54 0.45 0.77 0.99 0.23 0.36 0.61 0.32 1.09 0.26 0.47 0.33 0.75 0.17 0.27 0.50 Anales Científicos UNALM RPM Concentración CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) 31 mW 25- 20- 15- 10- 5- 0- -5‘ 35 ‘ 40 ‘ 45 ‘ 50 ‘ 55 ‘ ‘ ‘ ‘ 60 65 70 75 80 ‘ ‘ 85 90 ‘ ‘ 95 100 ‘ 105 ‘ 110 ‘ ‘ 115 120 ‘ Temperatura Fig. 10. Termograma del almidón del cultivar C-15. En las Figuras 11 y 12 se observa que no existe un patrón que define la tendencia de la viscosidad de los almidones al ser tratados a diferentes temperaturas si se mantiene la concentración constante. En el culticar C-13 (Figura 7), ante un tratamiento de pregelatinizado de 120°C observamos que a una concentración de 5% se obtiene la más alta viscosidad en comparación con las concentraciones de 2 y 8%, siendo está última la de menor viscosidad (4,000 cp); a temperaturas de pregelatinizado de 150°C, se observa que tanto las concentraciones de 2 y 5 % muestran un ascenso en la viscosidad, siendo más notorio en concentraciones de 5% alcanzando viscosidades de hasta 16,000 cp.. Contrariamente, la muestra de mayor concentración (8%) experimenta una disminución de la viscosidad alcanzando valores de 3,000 cp. Al ser pregelatinizadas las muestras a 180°C, se aprecia que nuevamente la muestra de 5% adquiere la más alta viscosidad, aunque esta vez manteniéndose constante respecto a la muestra de la misma concentración pregelatinizada a 150°C; las muestras de 2 y 8% sí experimentan un ligero ascenso de la viscosidad. 18 16 CENTIPOISE (Miles) 14 12 10 8 6 4 2 0 120°C 2% Fig. 11. 150°C TEMPERA TURA (°C) 5% 180°C 8% Variaciación de la viscosidad aparente con la temperatura del cultivar C-13 (Cp). Anales Científicos UNALM 32 El almidón del cultivar C-15, por otro lado, presenta las mayores viscosidades en concentraciones a 2 y 5% al ser pregelatinizadas a 120°C, siendo la muestra de 8% la que presenta la menor viscosidad, alcanzando sólo valores de 880 cp. A 150°C se observa que la muestra a 2% experimenta un notorio ascenso de la viscosidad respecto a la muestra de la misma concentración al ser pregelatinizada a 120°C; en la muestra al 8% también se aprecia un aumento de la viscosidad, aunque en este caso la variación es muy ligera. La muestra al 5% presenta una disminución de la viscosidad a 150°C. Finalmente a 180°C, la muestra de 2% de concentración sufre una notoria caida de la viscosidad de 26,000 a 2,000 cp, mientras que las muestras de 5 y 8% experimentan un ascenso de la viscosidad de 2,200 a 11,200 y de 2,000 a 5,200 centipoises, respectivamente. En las Figuras 9 y 10, se presentan los resultados respecto a la concentración de las muestras y puede observarse claramente que en el cultivar C-13, las muestras de mayor viscosidad son las de concentraciones de 5%, mientras que en el cultivar C-15 la muestra al 2% y pregelatinizada a 120°C es la que adquiere mayor viscosidad. 30.00 CENTIPOISE (Miles) 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 120°C 150°C 180°C TEMPERATURA (°C) 2% 5% 8% Fig. 12. Variación de la viscosidad aparente con la temperatura del cultivar C-15 (Cp). CENTIPOISES (MILES) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 2% 5% 8% CONCENTRACION (%) 120°C 150°C 180°C Fig. 13. Variación de la viscosidad aparente con la concentración del cultivar C-13 (Cp). CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) 33 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 2% 5% 8% CONCENT RACION 120°C 150°C 180°C Fig. 14. Variación de la viscosidad aparente con la concentración del cultivar C-15 (Cp). Conociendo la viscosidad aparente de cada una de las muestras de mayor viscosidad con la finalidad de realizar los siguientes análisis, que consistieron en comparar el comportamiento reológico de los geles de los almidones de los dos cultivares en estudio ante diversos tratamiento estresantes. Los resultados del análisis permitieron seleccionar las muestras que recibieron los siguientres tratamientos: Para el cultivar C13 se seleccionó la muestra cuya concentración fue de 5% y fue pregelatinizada a 150°C; del mismo modo, para el cultivar C-15 se seleccionó la muestra cuya concentración fue de 2% y fue pregelatinizada a una temperatura de superficie de rodillo de 150°C. Porcentaje de sinéresis de los geles de almidón nativo y almidón pregelatinizado El Cuadro 9 muestra el porcentaje de sinéresis de los almidones nativos y los almidones pregelatinizados. Se puede apreciar que los almidones nativos presentan mayor estabilidad al almacenamiento con un porcentaje promedio de sinéresis de 20.06% a lo largo 16 días divididos en cuatro ciclos de 4 días cada uno, en comparación con el 39.69 y 49.75% de sinéresis presentados por los almidones pregelatinizados. En la Figura 15 se puede ver que existe inicialmente (ciclo 1) un porcentaje muy bajo de sinéresis en las muestras nativas de Cuadro 9. Porcentaje de sinéresis de los almidones de las muestras en estudio. Muestra C-13 Nativo C-13 Modificado C-15 Nativo C-15 Modificado Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 Ciclo 4 Total 2.19 4.64 6.48 7.21 20.52 17.72 10.08 6.70 5.19 39.69 1.71 4.04 5.85 8.01 19.61 15.78 13.53 11.97 8.47 49.75 Anales Científicos UNALM 34 SINERESIS (% 20 15 10 5 0 1 2 3 4 C IC L O S C - 1 3 N a t. C- 1 3 Mo d . C - 1 5 N a t. C- 1 5 Mo d . Fig. 15. Porcentaje de sinéresis de almidones nativos y modificados de las muestras en estudio almidón, posteriormente la pérdida de agua se hace constante hasta alcanzar en el cuarto ciclo un porcentaje total muy cercano al 20%. Por el contrario los almidones pregelatinizados experimentan en el primer ciclo porcentajes superiores a los 15% de sinéresis para luego lograr cierta estabilidad. Esto se demuestra por la disminución de la sinéresis a lo largo del segundo y tercer ciclo hasta alcanzar en el cuarto ciclo porcentajes de 5.19 y 8.47% en los cultivares C-13 y C-15 respectivamente. Estabilidad de los geles al pH La evaluación de los geles de almidones nativos y de geles de almidones modificados permite evidenciar el cambio en las propiedades de los almidones nativos al ser pregelatinizados mediante un tratamiento térmico como el llevado a cabo en el presente estudio La evaluación consistió en comparar el comportamiento de los geles elaborados a partir de almidones nativos y de almidones moficados en un pH ácido (pH=2.4). Con esta finalidad se utilizó un viscosímetro Brookfield y se determinaron las lecturas a 0.5 rpm. En el Cuadro 10 se aprecia una gran diferencia en las viscosidades iniciales, mientras que para los geles de almidones nativos la visco- sidad sobrepasa los 100 x 103 centipoises; los geles de almidones pregelatinizados presentan una viscosidad inferior a 5 x 103 centipoises. En el primer ciclo los geles de almidones nativos adquieren una gran viscosidad, sobrepasando en ambos cultivares los 500 x 103 centipoises de viscosidad, mientras que los geles elaborados a partir de almidones pregelatinizados experimentan un relativo ascenso de la viscosidad alcanzando en el caso del cultivar C-13 los 32.8 x 103 centipoises. En el segundo ciclo los geles de almidones nativos muestran una notoria pérdida de agua (sinéresis), lo cual impidió la determinación de la viscosidad en estas muestras, mientras que los geles de almidones pregeltainizados presentan una ligera variación de descenso y ascenso para los cultivares C-13 y C-15, respectivamente. En el tercer ciclo, los geles de almidones pregelatinizados adquieren cierta estabilidad y tratan de alcanzar la viscosidad de primer ciclo, para luego experimentar en el cuato ciclo una ligera perdida de agua (sinéresis). Finalmente se evaluó el porcentaje de sinéresis de las muestras y se obtuvieron para las muestras de almidones nativos 29.34 y 36.98% para los cultivares C-13 y C-15, respectivamente. Los geles de almidones pregelatinizados presentaron una muy buena estabilidad al pH, alcanzando en el cuarto CARACTERISTICAS REOLOGICAS DEL ALMIDON PREGELATINIZADO DE DOS CULTIVARES PERUANOS DE ACHIRA (Canna indica Linn) 35 Cuadro 10. Viscosidad de los geles de almidón de achira en pH ácido (Cp). Almi dones nati vos Almi dones modi fi cados C i clos C -13 C -15 C -13 C -15 121 112 2.8 0.8 C i clo 1 > 500.0 > 500.0 32.8 8 C i clo 2 si néresi s si néresi s 25 9.4 C i clo 3 si néresi s si néresi s 33 7.6 C i clo 4 si néresi s si néresi s si néresi s si néresi s Ini ci al ciclo un porcentaje de sinéresis de 2.57 y 7.21% para los cultivares C-13 y C-15 respectivamente. Hurtado (1997), reporta valores cercanos a cero para muestras de almidón pregelatinizadas de achira. cierta estabilidad, disminuyendo el porcentaje aproximadamente a un 8%; finalmente se observa una caida de la estabilidad, obteniéndose porcentajes de sinéresis de 27.73 para el cultivar C-13 y 16.04% para el cultivar C-15. Estabilidad de los geles de almidón a la congelación La estabilidad de los geles se determinó por la pérdida de agua experimentado por los geles luego de ser sometidos a un proceso de congelación a –20°C. En el Cuadro 11 se puede observar que en los primeros ciclos los geles de almidones nativos experimentan valores de sinéresis superiores a 16% para luego mostrar Los geles elaborados a partir de almidones pregelatinizados muestran inicialmente valores muy similares al porcentaje de sinéresis de los geles de almidones nativos, aumentando hasta aproximadamente un 30% en el segundo ciclo, para luego alcanzar finalmente (quinto ciclo) valores de sinéresis de aproximadamente 15%. Ryang (1992), citado por Santacruz (1995), considera que el Cuadro 11. Estabilidad de los almidones a la congelación (% sinéresis) (Ciclos de 4 días) ALMID ON NATIVO ALMID ON MOD IFIC AD O C IC LOS C -13 C -15 C -13 C -15 C -13 C -15 C -13 C -15 1 16.6 19.61 18.52 21.35 2 11.53 19.15 29.19 31.69 3 9.81 9.33 16.83 19.43 4 9.57 7.33 13.71 16.13 5 27.73 16.04 15.38 14.96 Anales Científicos UNALM 36 almacenamiento a bajas temperaturas induce a las pastas a la retrogradación de sus polímeros constituyentes, siendo la amilosa la que retrograda más rápidamente y con mayor firmeza que la amilopectina debido a su estructura lineal que facilita los enlaces por medio de las fuerzas de hidrógeno. Santacruz (1995) menciona que los geles de almidón que son frecuentemente utilizados en diversos procesos alimenticios, al ser sometidos a sucesivos ciclos de congelación – descongelación sufren ciertas modificaciones en la estructura del sistema como consecuencia de la redistribución y dilución de la pasta de almidón por el crecimiento y la disolución de cristales de hielo. CONCLUSIONES • • • • El análisis térmico diferencial nos demuestra que la gelatinización es un proceso netamente endotérmico con valores de temperatura de gelatinización muy semejantes para los dos cultivares análizados. El proceso de pregelatinizado produce cambios significativos en las propiedades reológicas de los almidones, especialmente en la viscosidad, como caracteristica de suma importancia para la elaboración de algunos alimentos. El análisis de la viscosidad de los almidones pregelatinizados de los cultivares en estudio nos demuestran que presentan propiedades reológicas diferentes, alcanzando las máximas viscosidades a 150°C, aunque a concentraciones diferentes. Los almidones nativos de achira presentan interesantes propiedades como material espesante por las altas viscosidades que alcanza y su estabilidad al almacenamiento en comparación con los almidones pregelatinizados. • • Los geles de almidones nativos son altamente inestables en medios ácidos, por el contrario, los geles de almidones pregelatinizados presentaron mejor estabilidad en estos medios. Ante un proceso de congelación (-20°C) los almidones nativos presentaron ligeramente mejor estabilidad en los primeros ciclos de almacenamiento que los geles de almidones pregelatinizados, aunque finalmente son estos últimos los que adquieren mayor estabilidad. REFERENCIAS 1. ANTUNES DE MAYOLO, S. 1993. Composición de Alimentos Autoctonos del Perú. 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Proyecto Colaborativo de Conservación u Uso de la Biodiversidad de Raíces y Tuberosas Andinas (CIP-COSUDE). Fasciculo 3. ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO Miguel Sánchez Delgado1 Tomas Reyes Guillen2 SUMMARY The objective of these search is to apply the technique of Geoestatistic Analysis on ground variables and using to specify sampling on density and the Dimension from experimental piece of ground. The variables are humidity for capacity field, from studied ground. The experimental phase has made in the Chiquero field number 2 from experimental property o Agraria National University in La Molina District, on a total sandful ground with 20 percent of stone. From 2 to 50 mm of diameter. The field work has realized on a long of 100 meters by 5 meters wide, the points were ubicated each meter and the samples were taken to 0.20 and 0.40 meters of depth. The mensuration techniques used were: Determination from humidity to absorption tension of 0.33 ATM trough the using of the low pressure boiled. Before to aplication of Geoestatistics techniques, has realized and statistic analysis non parametric for that was aplicated the Chi-square test of adjusment to verify if the dates presents normal distribution. The out come expose that the dates from humidity to fied capacity has distributed normaly, therefore it is applicable the technique of the Automatchgrafic as well as the semivariablegrafic. 1 Profesor Asociado de la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional Agraria. La Molina – Perú 2 Ingeniero Agrícola ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 39 The semivariablegrafic is an instrument more structure that the automatchgrafic because of both instruments give correlation sizes, but with the semivariablegrafic has determinated the incertitude grade of the sample and the limit variability with one the dates present correlation, because of the conclusion take like basis the results obtained for the semivariablegrafic. Finally we can affirm that for the content of humidity to capacity of field of 0. 20 - 0. 40 meters deep you determines a density of sampling points from 13 to 8 points /ha and a dimension of the experimental parcels of 10 to 11 meters diameter respectively. RESUMEN El presente trabajo de investigación tiene como objetivo aplicar la técnica del análisis geoestadístico en variables del suelo y usarlos para determinar la densidad de puntos de muestreo y la dimensión de las parcelas experimentales para la variable humedad a capacidad de campo. La fase experimental se realizo en el campo Chiquero No 2 del fundo experimental de la Universidad Nacional Agraria La Molina, en un suelo de textura franco arenosa con un 20 % de piedra de 2 a 50 mm de diámetro. El trabajo de campo se realizo sobre un transecto de 100 metros de longitud por 5 m de ancho, los puntos fueron ubicados cada metro y se tomaron las muestras a 0.20 y 0.40 metros de profundidad. Las técnicas de medición empleadas fueron: determinación de la humedad a la tensión de succión de 0.33 atm. mediante el empleo de la olla a baja presión. Previa a la aplicación de las técnicas geoestadísticas, se realizo un análisis estadístico no parámetrico para lo cual se aplico la prueba Chi- Cuadrado de bondad de ajuste para comprobar si los datos presentan distribución normal. Los resultados obtenidos muestran que los datos de humedad a capacidad de campo se distribuyen normalmente, por lo tanto es aplicable la técnica del autocorrelograma así como el semivariograma. El semivariograma es una herramienta mas estructurada que el autocorrelograma porque ambas herramientas proporcionan medidas de correlación, pero con el semivariograma se determina además el grado de incertidumbre del muestreo y la variabilidad limite para el cual los datos presentan correlación, razón por la cual las conclusiones toman como base los resultados obtenidos por el semivariograma. Finalmente podemos afirmar que para el contenido de humedad a capacidad de campo de 0.20 - 0.40 metros de profundidad se determino una densidad de puntos de muestreo de 13 a 8 puntos /ha y una dimensión de las parcelas experimentales de 10 a 11 metros de diámetro respectivamente. Anales Científicos UNALM 40 I. INTRODUCCION En la mayoría del las ciencias aplicadas la obtención de datos suele ser un proceso lento y costoso, esto no es una excepción en la ciencia del suelo. Por ello la importancia de establecer la densidad de puntos de muestreo de forma que proporcionen la mayor información posible sobre la variable a estudiar. Asimismo las dimensiones de las parcelas experimentales es prioridad en el diseño de experimentos aleatorios de tal forma de que los resultados a obtener sean los más representativos y no sean afectados por la heterogeneidad espacial que presentan las diferentes variables del suelo. Por lo que el presente trabajo de investigación esta orientado a definir la densidad de puntos de muestreo y las dimensiones de las parcelas experimentales de la variable humedad a capacidad de campo, utilizando técnicas geoestadísticas como el autocorrelograma y el semivariograma. 1.1 Objetivos Los objetivos del presente trabajo son : a) b) c) Estudiar la variabilidad espacial del contenido de humedad a capacidad de campo empleando técnicas geoestadísticas Establecer la densidad de puntos de muestreo de forma tal que proporcionen una información representativa con fines de riego. Establecer las dimensiones de las parcelas experimentales de forma tal que sea el área mas representativa para establecer los diseños experimentales agrícolas. 2.0 REVISION BIBLIOGRAFICA 2.1 Geoestadística. Es la ciencia que proporciona la metodología para el análisis de datos correlacionados espacialmente, es conocido también como la teoría de la variable regionalizada. 2.2 Autocorrelograma. Samper (1990), señala que la autocorrelograma r(L), viene a ser la compara ción de una secuencia de datos entre si mismos en posiciones sucesivas obteniéndose así relaciones de correspondencia. La autocorrelación puede ser definida matemáticamente como: r (L ) = C ( L) s2 ...........................................(1) Donde, r(L) es el coeficiente de autocorrelacion, L o "Lag" es el intervalo de espacio entre series que se están comparando, C(L) es la autocovariancia de las observaciones a L metros de desplazamiento y s2 es la variancia estimada del grupo de observaciones. La N −L autocovariancia se define como: C(L) = (N - L-1)-1 ∑ i =1 (xi - m) (xi+L -m) donde N es el numero de observaciones, xi el valor de la observación en la i-esima posición, y m la media estimada de la población. ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 2.3 41 Semivariograma muestral. Es una función que se caracteriza por presentar una estructura de correla ción completa y que se estima en base a los datos muestrales. Matemática mente el semivariograma se define como:  1  γ ( h) =    2 N ( h)  n( h) ∑ [Z (x ) − Z (x )] 2 i =1 i+h i ..........................(2) donde γ (h) es el semivariograma de una determinada variable, Z(xi) son los valores medidos de la variables en los puntos xi, como en xi+h. N(h) es el número de pares de puntos separados por una distancia h. Los parámetros del semivariograma son el nugget, la meseta, el rango y la distancia integral. En la figura No 1 se aprecia el semivariograma con sus respectivos parámetros. γ(h) Meseta Nugget h Distancia Integral Fig. No 1 Parámetros del semivariograma 2.4 Semivariograma teórico. Es una expresión analítica sencilla que se emplea para ajustar al semivariograma muestral con el fin de identificar con mayor claridad los parámetros del semivariograma. 2.5 Validación de los parámetros del semivariograma teórico. Es el método que consiste en la maximización de la verosimilitud de los errores encontrados a partir de los resultados de los parámetros del semivariograma este proceso es conocido como validación cruzada. Anales Científicos UNALM 42 3.0 MATERIALES Y METODOS 3.1 Materiales • • • • • 3.2 Area experimental transecto de 100m Equipo de campo para la extracción de muestras para la determinación de humedad. Equipo de laboratorio para determinar el contenido de humedad del suelo. Software GEOEAS V 1.2.1 para el análisis geoestadistico. Software windows, excel y word. Método El presente estudio fue realizado en su fase experimental en el campo denominado Chiquero No 2 que pertenece a la Estación Agrícola Experimental de la Universidad Nacional Agraria La Molina, ubicado en el valle de Ate, distrito La Molina, provincia de Lima, Perú El diseño experimental en el campo se realizo sobre un transecto de 100 metros de largo por 5 metros de ancho, en el se ubicaron los puntos de muestreo cada metro y se tomo las muestras a 0.20 y 0.40 m de profundidad. La fase de laboratorio se realizo en el Laboratorio de Análisis Agua y Suelo de la Facultad de Ingeniería Agrícola, para la determinación de la textura se empleo el método del hidrómetro de bouyucos y para la obtención de la humedad a capacidad de campo el método de la olla a baja presión. El número total de pruebas realizadas es 410, de las cuales 400 fueron muestras no disturbadas (dos repeticiones) y 10 muestras adicionales para la determinación de la textura. El análisis geoestadístico se efectúo en base a los autocorrelogramas y semivariogramas de cada variable estudiada. Previamente se requiere un análisis estadístico no parametrico, que consta de pruebas de ajuste a una distribución normal, siendo requisito necesario para aplicar el autocorrelorama que las variables se ajusten a una distribución normal. Aquellas variables que no se distribuyen normalmente son analizadas por el semivariograma previa transformación de las variables a logaritmos. El flujograma para un análisis geoestadístico se presenta en la figura No 2. El primer paso del análisis geoestadístico es realizar la distribución espacial de los datos de la variable en estudio para verificar si existen tendencias crecientes o decrecientes, además de observar la variabilidad y agrupamiento entre datos cercanos. La aplicación y análisis del autocorrelograma determina el rango y la correlación significativa, dichos parámetros se obtienen directamente del autocorrelograma ajustado. a aplicación y análisis del semivariograma requiere primeramente de la selección del semivariograma mues- ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO Figura No 2. Flujograma para el análisis geoestadístico V aria ble a E stu diar A ná lisis est ad ístico N o Par am etrico P rueba de ajuste distribuc ión norm a l a Parám etrico una P arám etro s es tadístico s M áxim os y m in im os P rueba de diferenc ia entre me di as Si No A uto co rrelo g ram a T ransfor m ació n de Varia bles D istribu c ión e spac ia l R ango C orre lac ión s ign if ica tiva Logarítm ic a O tros Selecció n de d ato s Sem iv ario g ram a Ajuste de u n m o delo teórico al sem iv ario gra m a m uestra l M étodo de VC M V M étodo de ajuste a l sentim iento Sem iv ario g ram a v alida do por el m éto do de VC M V R ango D ista ncia in tegral M eseta N ug ett 43 Anales Científicos UNALM 44 cual se emplearon dos métodos de aplicación consecutiva: el método de ajuste a sentimiento basado en apreciaciones cualitativas, a través del cual se realizara la primera selección de los posibles modelos teóricos que se ajusten al semivariograma muestral y el método de validación cruzada de máxima verosimilitud (VCMV) basado en criterios estadísticos a través del cual se realizara la elección final del modelo. Una vez elegido el semivariograma estimado por VCMV se determina el rango, la distancia integral, la meseta y el nugget. 4.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de los contenidos de humedad a capacidad de campo obtenidos a lo largo de un transecto de 100 metros para la variable humedad a capacidad de campo se presentan en series de 100 observaciones, tal como se muestran en el cuadro No 1. Cabe señalar que la serie A1 representa el contenido de humedad a capacidad de campo a 0.20m de profundidad y la serie A2 a 0.40m de profundidad Cuadro No 1 Resultados de los datos obtenidos en el laboratorio PUNTO Humedad a Capacidad Campo (Wcc%) SERIE A1 0.2 m PUNTO SERIE A2 0.4 m Humedad a Capacidad de Campo (Wcc%) SERIE A1 0.2 m PUNTO SERIE A2 0.4 Humedad a Capacidad de Campo (Wcc%) SERIE A1 0.2 m SERIE A2 0.4 m PUNTO Humedad a Capacidad de Campo (Wcc%) SERIE A1 0.2 m SERIE A2 0.4 m 1 23.86 16.15 26 19.02 20.09 51 16.37 19.38 76 21.06 18.96 2 22.05 16.01 27 22.30 21.36 52 16.55 19.02 77 21.77 19.53 3 21.83 18.12 28 22.48 20.64 53 16.55 16.53 78 21.63 19.03 4 19.93 21.50 29 21.25 21.63 54 18.07 15.94 79 19.95 20.78 5 21.20 16.00 30 20.07 17.27 55 18.16 16.44 80 23.52 20.98 6 19.22 17.19 31 17.52 17.12 56 19.22 16.59 81 22.34 21.18 7 19.20 17.70 32 17.23 18.19 57 19.43 16.65 82 23.67 20.79 8 18.87 17.39 33 17.96 18.99 58 19.34 18.14 83 23.63 22.04 9 19.03 17.09 34 19.56 17.76 59 19.96 16.58 84 22.36 19.01 10 16.13 16.29 35 17.34 19.31 60 19.44 16.30 85 22.27 19.96 11 17.23 15.78 36 16.69 19.06 61 18.81 15.67 86 21.44 19.76 12 16.84 16.18 37 16.98 15.97 62 17.59 15.37 87 22.63 17.00 13 16.33 16.54 38 15.57 16.30 63 19.36 18.39 88 23.77 19.98 14 16.38 17.07 39 14.99 17.33 64 20.72 18.98 89 21.41 18.75 15 17.00 17.52 40 16.04 14.98 65 21.17 22.50 90 19.87 18.46 16 18.36 17.44 41 16.56 15.28 66 18.84 16.42 91 21.21 20.35 17 18.38 15.86 42 16.34 15.71 67 17.89 14.66 92 22.97 20.03 18 17.78 19.33 43 17.48 15.45 68 17.74 16.79 93 21.16 20.74 19 20.05 21.93 44 16.64 15.92 69 17.19 17.17 94 19.99 16.13 20 19.21 19.57 45 17.06 16.36 70 18.81 17.46 95 22.51 19.78 21 21.76 20.89 46 17.61 16.44 71 20.06 15.81 96 22.40 17.37 22 19.90 20.21 47 18.69 16.53 72 20.25 17.48 97 19.89 20.84 23 20.03 20.09 48 18.33 16.86 73 19.07 17.58 98 21.55 20.17 24 19.53 20.44 49 17.07 17.73 74 19.07 16.47 99 21.66 19.83 25 20.27 19.06 50 17.72 17.33 75 19.05 15.87 100 22.64 19.92 ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO Autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a) Distribución espacial Para verificar el comportamiento de la variabilidad de la distribución es pacial de la humedad a capacidad de campo, y comprobar si existe alguna tendencia en la serie de datos, se genero la figura No 3 en el se puede observar que las series A1 y A2 presentan variaciones en los cuales los picos máximos y mínimos de la humedad a dos profundida des diferentes se encuentran dispersos con cierto agrupamiento entre datos cercanos que permiten pensar en una posible correlación espacial. Figura No 3. Distribución espacial de la humedad a capacidad de campo. Serie1 A1= 0.20m, Serie A2= 0.40m 30.00 25.00 Humedad (Vol %) 4.1 45 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Distancia (m) Serie1 b) Serie2 Aplicación y análisis de los autocorrelogramas El análisis estadístico previo a la aplicación del autocorrelograma nos indica que ambas series se ajustan a una distribución normal, requisito necesario para la aplicación del autocorrelograma; del cual se obtendrá el rango y la correlación espacial significativa para la variable en estudio. El autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a 0.20 m de profundidad (serie A1) se detalla en el cuadro No 2 en el cual se muestran los valores de (r) vs (LAG) donde r es el coeficiente de correlación y LAG la longitud de espaciamiento expresada en metros, el cual se presenta en la figura No 4. Como resultado del ajuste se obtiene una línea de tendencia que es un polinomio de 3º grado cuya ecuación es y = 0.0001x3 - 0.0067x2 - 0.1326x + 0.9876, esta figura representa al autocorrelograma ajustado. Anales Científicos UNALM 46 Cuadro No 2 LAG 0 Resultados del autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a 0.20m de profundidad – Serie A1 r LAG 1 10 r LAG r LAG R 30 0.03500831 0.15852663 20 0.18116838 1 0.81645305 11 0.14690939 21 0.12293208 31 0.01961519 2 0.70510064 12 0.1413773 22 0.14210722 32 -0.02523032 3 0.61935845 13 0.11629135 23 0.11366314 33 -0.04433144 4 0.60681723 14 0.07926937 24 0.16917418 34 -0.14576775 5 0.5205443 15 0.1028725 25 0.15318348 35 -0.19951661 6 0.48793677 16 0.13944536 26 0.15459067 36 -0.18840101 7 0.43055289 17 0.12167031 27 0.08431572 37 -0.13911661 8 0.33166782 18 0.17449288 28 0.03996959 38 -0.14674469 9 0.20287853 19 0.14948418 29 0.04404791 Figura No 4 39 -0.17388188 40 -0.23825192 Autocorrelograma a capacidad de cam poa 0.20 m de profundidad - Serie A1 1.2 1 3 2 y = -0.0001x + 0.0067x - 0.1326x + 0.9876 R 2 = 0.9748 0.8 0.6 r 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 -0.2 LAG (m ) En la figura No 4 se puede observar que el rango (medida en que el coeficiente de correlación se hace cero) es de 31.40 metros, generando así un área circular de 62.80 m de diámetro en cuyo centro se ubica el punto de muestreo, por lo que la densidad de muestreo es de 4 pun tos/ha, asimismo presenta una correlación espacial significativa de 6.85 metros, obtenida para un coeficiente de correlación r = 0.368, valor limite propuesto por Reichardt, et al, (1985).La correlación significativa genera un área circular de 13.70 m de diámetro que representa la dimensión de las parcelas experimentales. ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 47 En el cuadro No 3 se presenta el autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a 0.40 m de profundidad (serie A2), graficando los valores de r vs LAG se obtiene la figura No 4 el cual se ajusta a una línea de tendencia cuyo polinomio es de 3º grado siendo su ecuación y = -4E-05x3 + 0.0031x2 - 0.0892x + 0.954. Cuadro No 3 LAG 0 Resultados del autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a 0.40m de profundidad - Serie A2 r LAG 1 r LAG r LAG R 10 0.36282846 20 0.07618438 30 0.12745344 1 0.79411206 11 0.32001968 21 0.03709786 31 0.11097717 2 0.67354083 12 0.27311945 22 0.09453703 32 0.06718842 3 0.6718256 13 0.18866717 23 0.05618404 33 0.0838744 4 0.67205451 14 0.16976463 24 0.06739037 34 0.07012006 5 0.63098341 15 0.21220226 25 0.09832791 35 -0.0367248 6 0.59427919 16 0.14701509 26 0.07499645 36 -0.05208927 7 0.55301468 17 0.11284978 27 0.07689199 37 0.02735518 8 0.48857373 18 0.0583669 28 0.04414345 38 -0.00525941 9 0.40008242 19 0.1311554 29 0.07613706 39 -0.05652867 40 -0.09906537 Figura No 5 Autocorrelograma de humedad a capacidad de campo a 0.40 m de profundidad - Serie A2 1.2 1 y = -4E-05x3 + 0.0031x2 - 0.0892x + 0.9547 R 2 = 0.9695 0.8 r 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 LAG (m) La figura No 5 representa al autocorrelograma ajustado en el cual se verifica que el rango es de 36.6 metros, por lo que el diámetro del área unitaria es 73.2 metros, que corresponde a una densidad demuestreo de 3 puntos /ha. Asimismo la correlación espacial Anales Científicos UNALM 48 significativa es de 9.6 metros, por tanto las parcelas experimentales presentan un área circular de 19.2 metros de diámetro. 4.2 Semivariogramas de humedad a capacidad de campo Los semivariogramas muéstrales de humedad a capacidad de campo resultan de graficar la distancia promedio entre pares de puntos (en metros) con el valor del semivariograma que se obtiene con el número de pares empleados para un determinado LAG. 4.2.1 Semivariogramas de humedad a capacidad de campo a 0.20m de profundidad a) Selección del semivariograma muestral Para la serie A1(0.20 m de profundidad) se escogieron cuatro intervalos de espaciamiento (LAG spacing) de 1, 2, 3 y 4.975 metros para seleccionar el semivariograma muestral para posteriormente ajustarlo a un modelo teórico. Los semivariogramas muéstrales se ilustran en las figuras No 6 al No 9. A continuación se analiza el comportamiento para cada uno de los intervalos y se procede a la selección final. Fig . No m ivar io g r am a de de Fig. Nº 77Se Semivariograma hhumedad u m e d ad aa 0.20 0.20mm dde e pproofundidad r o fu n d id ad LLAG=2M A G=2m 5 Semivariograma Semivariograma Fig. No m ivar iogr am a de de Fig. Nº 66 Se Semivariograma hum e dadaa0.20 0.20m de proofundidad pr ofundidad humedad m de LAG=1m LAG=1M 4 3 2 1 0 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 0 10 Distancia (m) 10 8 6 4 2 0 20 40 Distancia (m) 30 40 50 Fig. No 9 Se m ivariogram a de hum edad a 0.20m de profundidad LAG=4.975m Semivariograma Semivariograma Fig. No 8 Se mivariograma d e hum e dad a 0.20m de profundidad LAG=3m 0 20 Dis tanc ia (m) 60 80 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 Distancia (m) 80 100 ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 49 Para el intervalo de 1.0 m de espaciamientos se observa fluctuaciones leves a lo largo del semivariograma, por lo que es fácil definirlo en el origen. En el intervalo a 2 m de espaciamiento se aprecia un comportamiento más estable que el anterior y fluctuaciones aún más leves, por lo que el semivariograma es definido en el origen, además presenta una buena zona de estabilización. Por otra parte presenta un cambio de dirección inmediato después de la zona de estabilización que genera una posible deriva espacial, por lo que es necesario aumentar la distancia incrementando el intervalo de crecimiento para verificar si está existe o es parte de un comportamiento errático. Para el intervalo de 3.0 m de espaciamiento se presenta baja densidad de puntos en el inicio, lo cual no permite definir con certeza el semivariograma en el origen. En el intervalo a 4.975 m. de espaciamiento se observa que la poca densidad de puntos en el inicio no permiten definir el semivariograma en el origen, la zona de estabilización se recorta y el comportamiento a gran des distancias es errático. El semivariograma muestral elegido es el que se genera con un intervalo de 2.0 m. b) Ajuste de un modelo teórico al semivariograma muestral b.1 Método de ajuste a sentimiento Este método no produce una solución única ya que se basa en apreciaciones de tipo cualitativo y en la experiencia del usuario. A pesar de que no se puede evaluar con confiabilidad consiste un buen inicio para seleccionar modelos teóricos que se ajusten al semmivariograma muestral. En el presente trabajo se escogieron tres modelos teóricos de semivariograma por variable y por profundidad estos son: esférico con nugget, exponencial y gaussiano con nugget, cuyos parámetros principales se exponen en el cuadro No 4. b.2 Método de la Validación Cruzada de Máxima Verosimilitud VCMV. El método de la validación cruzada de máxima verosimilitud (VCMV) consiste en efectuar la validación de los semivariogramas plantea dos por el método de ajuste a sentimiento, de forma que se minimice Cuadro No 4 Semivariogramas de humedad a 0.20m de profundidad estimados por el ajuste al sentimiento Parámetros Esférico Con Nugget Exponencial Gaussiano Con Nugget Nugget 1.00 0.00 1.00 Meseta 3.20 4.20 3.00 15.00 16.00 12.00 Rango (m) Anales Científicos UNALM 50 el MLV. El MLV se obtiene tomando logaritmo, cambiando de signo y dividiendo por dos la función de verosimilitud L(P/e) donde P es el vector de los parámetros del semivariograma y “e” los errores de la validación cruzada. Con el fin de seleccionar el modelo de semivariograma se plantean los siguientes criterios de identificación: CIA, CIMA, CIH, dichos criterios incluyen el MLV, número de parámetros (Np) y los M errores de la validación. Por lo que el orden de preferencia se determinará de acuerdo a los menores valores obtenidos. Para realizar la se lección del modelo teórico por el método de VCMV se requiere realizar los siguientes cálculos : • La obtención de los errores de la validación cruzada por medio la aplicación del krigeado ordinario. • El calculo del MLV. • La obtención de los criterios de identificación y elección del modelo de acuerdo al orden de preferencia. b.2.1 Condiciones del krigeado ordinario Los errores de la validación cruzada se obtienen a través del krigeado ordinario que consiste en estimar valores de humedad a capacidad de campo con los parámetros de los modelos teóricos obtenidos por ajuste a sentimiento y luego estos son comparados con las observaciones de campo. Las condiciones de krigeado ordinario para los datos son las siguientes: • El número de datos disponibles, el utilizado en la validación cruzada y el krigeado ordinario coinciden en 100 datos, ello se basa en el criterio de que como se trata de un caso unidimensional se ha optado por utilizar la totalidad de datos, porque no existe datos vecinos en otra dirección para poder estimar mejor los datos. • La elipse de búsqueda utiliza un radio mayor de 10 metros con un ángulo de a = 0º, además la distancia mínima entre puntos es de 1 metro que es igual con la separación mínima entre puntos de muestreo. • La distancia típica fue seleccionada en base a los parámetros del modelo de semivariograma teórico, empleando un máximo de 10 puntos por sector que es el máximo de puntos que se encuentran dentro del radio mayor. Además solo se utiliza un sector por ser un caso unidimensional. Obtenidos los valores estimados por krigeado ordinario, los errores de estimación y las desviaciones estándar correspondientes se procede al calculo del MLV. ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO b.2.2 51 Calculo del MLV El MLV se simplifica al asumir que los errores no presentan correlación alguna, esto nos conduce a la ecuación No 3. Donde : M = Numero de errores de la validación cruzada. σi2 = Variancia del error de estimación en el punto i ei = Error de estimación en el punto i. A continuación se exponen los resultados obtenidos en el calculo del MLV para los modelos teóricos planteados: • El modelo esférico con nugget presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde -2.44 % a 2.81 %, además la variancia de los errores toma por lo general valores de 1.598. El MLV generado con estas características es 303.007 . • El modelo exponencial presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde -2.373 % a 2.604%, además la variancia de los errores de estimación toma por lo general valores de 0.7797. El MLV obtenido con estas características es 292.438. • El modelo gaussiano con nugget presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde 2.352% a 2.387%, además la variancia de los errores de estimación toma por lo general valores de 1.219. El MLV ob tenido con estas características es 311.458. De lo expuesto se puede apreciar que el modelo exponencial es el que presenta el menor valor de MLV de 292.43872 por lo que eventualmente seria el modelo de mejor perfomance, pero sin embargo investigadores geoestadísticos tales como Akaike (1974) y Hanan (1980) plantean criterios de identificación que incluyen al MLV, el número de parámetros (Np) y el número de los M errores de la validación cruzada. b.2.3 Criterios de identificación Para la selección final del modelo teórico se tomaran en cuenta tres criterios de identificación: el de Akaike (1974), el Modificado de Akaike y el de Hanan (1980), cuyas fórmulas citadas anteriormente se exponen a continuación : Anales Científicos UNALM 52 Akaike (1974) CIA = MLV + 2 x Np ....(4) El Modificado de Akaike CIMA = MLV + Np x Ln M ....(5) Hanan (1980) CIH = MLV + 2 x Np x Ln (Ln M) ....(6) Donde: MLV Np M = Función de MLV = Número de parametros = Número de errores de la validación cruzada. La selección del modelo teórico se basa en los criterios de identificación los cuales priorizan su orden de preferencia de acuerdo a los menores calores obtenidos por CIA, CIMA y CIH. Estos citerios tienden (a igualdad de factores) a preferir modelos con un menor número de parámetros. Los resultados obtenidos muestran que el orden de preferencia para CIA, CIMA, CIH coincide para los tres criterios, siendo el semivariograma exponencial el que tiene la primera opción de preferencia, luego el esférico con nugget y por último el gaussiano con nugget. Por lo que el semivariograma exponencial es el elegido por el método de VCMV para caracterizar a la variable humedad a capacidad de campo a 0.20 m de profundikdad. La obtención de los criterios de identificación se resume en el cuadro Nº 5. Cuadro Nº 5. Criterios de identificación para la selección del semivariograma de humedad a 0.20 m de profundidad Modelo Esférico con Nugget Gaussiano con Nugget Exponencial 3 2 3 MLV Efecto Nugget Meseta Rango 330.0074 1 4,2 22 292.4387 0 4.2 16 311.4580 1 4 12 CIA Orden de preferencia 309.0074 2 298.4387 1 317.4580 3 CIMA Orden de preferencia 316.8229 2 301-6491 1 325-2735 3 CIH Orden de preferencia 312.1705 2 298.5474 1 320.8211 3 Nº Parámetros ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 53 presenta como parámetros principales utilizados en la validación a una meseta de 4.2 y un rango de 16 metros, pero para conocer otras características de la variable es necesario incluir la distancia integral . Esta se obtiene igualando las áreas a1 y a2 generadas a partir del semivariograma exponencial, tal como se muestra en el figura No 7. La distancia integral obtenida es de 5.5 metros. c.1 Características típicas del modelo El semivariograma exponencial para humedad a 0.20 m de profundidad sigue su comportamiento de acuerdo a la siguiente ecuación : γ(h) = 4.2 ( 1 - e-h/16) ………………………….(7) La meseta es alcanzada asintoticamente para valores extremadamente grandes, también se observa que el rango efectivo alcanzado para valores de g(h) = 0.95 S (donde S es la meseta) es de 48 metros o sea tres veces el rango utilizado para definir el modelo, además la pendiente en el origen es 4.2/16 igual 0.2625. Asimismo se conoce que el semivariograma exponencial es re presentativo de los fenómenos continuos cuya amplitud de las fluctuaciones de la variable en la distribución espacial es proporcional a la pendiente en el origen por lo que por los valores encontrados son relativamente pequeñas. c.2 Discusión de los parámetros La meseta indica que la variancia de los datos de humedad a 0.20 m de profundidad para la cual el semivariograma se estabiliza en 4.2, que es el grado de variabilidad limite en la cual existe correlación. El rango indica que a distancias mayores a 16 metros de espaciamiento entre puntos de muestreo para humedad a 0.20 m de profundidad no existe correlación alguna. Esta medida genera un área circular de 32 metros de diámetro, por lo que La densidad de puntos de muestreo es de 13 puntos/ha. La distancia integral indica que la distancia para la cual los datos de humedad a 0.20m de profundidad presentan correlación significativa es de 5.5 metros, que representa el 34.37 % de la correlación total esto se debe a que el modelo presenta una pendiente pequeña. La distancia integral genera un área circular de 11 m de diámetro que representa la dimensión de las parcelas experimentales. La ausencia del efecto nugget indica que no existe evidencia de que la humedad a 0.20 m de profundidad presente estruc tura espacial a distancias menores de 1 metro. Por lo que el grado de incertidumbre que depende de la intensidad de muestreo es nula. Anales Científicos UNALM 54 4.2.2 Semivariograma de humedad a capacidad de campo a 0.40m de profundidad a) Selección del semivariograma muestral Para la serie A2 se escogieron los mismos intervalos de espaciamiento (LAG spacing) que el caso anterior para seleccionar el semivariograma muestral. Asimismo el semivariograma muestral elegido es con LAG igual a 2m. Los semivariogramas muéstrales para esta serie de datos se ilustran en las figuras No 10 al No 13. Fig. No 10 Se mivariograma de hum edad a 0.40m de profundidad LAG=1m Fig. No 11 S e mivariogar ma d e hum e dad a 0.4 0 m d e pr ofundidad - LAG=2m 5 6 4 5 4 3 3 2 2 1 1 0 0 0 5 10 15 20 25 0 30 10 D i s t anci a ( m) 20 30 40 50 D i s t an c i a ( m ) Fig. No 12 Sem ivariogram a de hum e dad a 0.40m de profundidad LAG=3m Fig. No 13 Se m ivar iogr am a de hum e dad a 0.4 0 m d e pr ofundidad - LAG=4.975m 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 0 20 40 D i s t anci a ( m) 60 80 0 20 40 60 D i s t an c i a ( m ) 80 100 ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO b) 55 Ajuste de un modelo teórico al semivariograma muestral b.1 Método de ajuste a sentimiento Para humedad a 0.40 m de profundidad se seleccionaron los siguientes modelos teóricos de semivariogramas: Esférico Con Nugget, Exponencial con Nugget y Gaussiano Con Nugget. Cuyos parámetros principales se exponen a continuación en el cuadro No 6. Cuadro Nº 6. Semivariogramas de humedad a 0.40m de profundidad estimados por ajuste al sentimiento. Modelo Esférico con Nugget Exponencial Nugget Gaussiano con Nugget Nugget Meseta Rango (m) 1.80 2.6 22.99 1.10 3.4 20.00 1.80 2.57 17.00 b.2 Método de la validación cruzada de máxima verosimilitud VCMV. La misma metodología usada en el análisis de la serie de datos A1, se emplea para la serie A2 variando solo en algunas condiciones de krigeado ordinario, las cuales se enumeran a continuación: • • • El número de datos disponibles que es utilizado en la validación cruzada y el krigeado ordinario coinciden en 100 datos. La elipse de búsqueda utiliza un radio mayor de 12 metros con un ángulo de a = 0º. Asimismo la distancia mínima entre puntos es de 1 metro que coincide con la separación mínima entre puntos de muestreo. La distancia típica fue seleccionada en base a los parámetros del modelo teórico utilizado, empleando un máximo de 12 puntos que es la máximo de puntos que se encuentran dentro del radio mayor. Además solo se utiliza un sector por ser un caso unidimensional. b.2.1 Calculo del MLV A continuación se exponen los resultados obtenidos en el calculo del MLV para los modelos teóricos planteados: • El modelo esférico con nugget presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde -5.620 % a 3.62 %, además la variancia de los errores toma por lo general valores de 2.3104. El MLV generado con estas características es 361.291. Anales Científicos UNALM 56 • • El modelo exponencial con nugget presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde -5.28 % a 3.732 %, además la variancia de los errores de estimación toma por lo general valores de 1.9293. El MLV obtenido con estas características es 353.343. El modelo gaussiano con nugget presenta errores de estimación ordenados en forma ascendente que varían desde -5.759 % hasta 3.569 %, además la variancia de los errores de estimación toma por lo general valores de 2.0392. El MLV obtenido con estas características es 362.941. De lo expuesto se puede apreciar que le modelo exponencial con nugget es el que presenta el menor valor de MLV de 353.343 por lo que eventualmente seria el modelo de mejor perfomance. b.2.2 Criterios de identificación De acuerdo a los valores de CIA, CIMA, CIH el semivariograma Exponencial Con Nugget el que tiene la primera opción de preferencia , luego el Esférico Con Nugget y por ultimo el Gaussiano Con Nugget. Por lo tanto el semivariograma exponencial con Nugget es el elegido por el método de VCMV para caracterizar a la variable humedad a capacidad de campo a 0.40 m de profundidad. Los criterios de identificación se presentan en el cuadro No 7. c) Características del semivariograma estimado por VCMV El semivariograma seleccionado para la variable de humedad a capacidad de campo a 0.40 m de profundidad presenta los siguientes parámetros principales: un Nugget de 1.1, una meseta de 3.4 y un Cuadro No 7 Criterios de identificación para la selección del semivariograma de humedad a 0.40m de profundidad Modelo Nº Parámetros MLV Efecto Nugget Meseta Rango Esférico con Nugget Exponencial con Nugget Gaussiano con Nugget 361.291 1.8 4.4 22 3 253.343 1.1 4.5 20 3 361.941 1.8 4.37 17 CIA Orden de preferencia 367.2905 2 359.3430 1 368.9415 3 CIMA Orden de preferencia CIH Orden de preferencia 375.|061 2 370.4536 2 367.1585 1 362.5061 1 376.7570 3 372.1046 3 ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 57 rango de 20 metros, siendo necesario para conocer otras características de la variable como la meseta total, el porcentaje nugget/meseta total y la distancia integral. La meseta total es la suma de la nugget mas la meseta y su valor es de 4.5, el porcentaje nugget/meseta total es de (1.1/ 4.5)x100 que es igual a 24.44 % y la distancia integral se obtiene igualando las áreas a1 y a2 generadas a partir del semivariograma exponencial con nugget, tal como se muestra en el figura No 11. La distancia integral obtenido es de 5 metros. c.1 Características típicas del modelo El semivariograma exponencial con nugget para humedad a 0.40 m de profundidad sigue su comportamiento de acuerdo a la siguiente ecuación : γ(h) = 1.1 + 3.4 ( 1 - e-h/20) ………….(8) La meseta es alcanzada asintoticamente para valores extremadamente grandes, también se observa que el rango efectivo (a’) alcanzado para valores de g(h) = 0.95 S (donde S es la meseta) es de 60 metros o sea tres veces el rango utilizado para definir el modelo, además la pendiente en el origen es 3.4/20 igual 0.17; asimismo se conoce que el modelo exponencial con nugget es representativo de fenómenos continuos cuya amplitud de las fluctuaciones de la variable es proporcional a la pendiente en el origen por los valores encontrados estas son relativamente pequeñas. c.2 Discusión de los Parámetros La meseta total indica que la variancia de los datos de humedad a 0.40 m de profundidad para la cual el semivariograma se estabiliza es de 4.5, que es la grado de variabilidad limite para la que existe correlación. Pero parte de esta variabilidad es errática solo una variancia de 3.4 que representa el valor de la meseta dan confiabilidad a los datos. Un nugget de 1.1 es relativamente pequeño si se tiene en cuenta que la meseta total es de 4.5, por lo que el porcentaje nugget /meseta total es de 24.44% que es el porcentaje de variabilidad errática que incluye a la estructura espacial que esta a distancias menores a 1 metro y los posibles errores de muestreo. Por lo que se puede afirmar que le grado de incertidumbre que depende de la intensidad de muestreo es de 24.44 %. El rango indica que a distancias mayores a 20 metros de espaciamiento entre puntos de muestreo de humedad a 0.40 m de profundidad no existe correlación alguna. Esta medida irradia un circulo de 40 m de diámetro por cada punto de muestreo, por lo que la densidad de muestreo es de 8 puntos/ha La distancia integral indica que la distancia para la cual los datos de humedad a 0.40m de profundidad presentan correlación significativa Anales Científicos UNALM 58 es de 5 metros, que representa el 34.37% de la correlación total esto se debe al efecto nugget y a la pequeña pendiente que presenta el modelo. Una distancia integral de 3 metros genera una área circular de 10 metros de diámetro que representa la dimensión de las parcelas experimentales. 4.2.3 Análisis Comparativo Los resultados utilizando técnicas geoestadísticas para humedad a capaci dad de campo a 0.20 y 0.40 m se presentan en los cuadros Nº 8, 9, y 10, Cuadro Nº 8. Parámetros de los autocorrelogramas para la humedad a capacidad de campo (Wcc %). Variable Prof. Suelo (m) Correlación Sig. (M) Rango (m) 1) Puntos/ha (2) (m) Humedad a capacidad de Campo 0.2 0.4 6.85 9.6 31.4 36.6 3.23 2.38 13.70 19.20 (1) Puntos/ha generados por el rango (2) Diámetro de las parcelas experimentales generado por la correlación Cuadro Nº 9. Parámetros de los semivariogramas para la humedad a capacidad de campo Variable Prof. Suelo (m) (1) Nugget Meseta (2) % Humedad a capacidad de Campo 0.20 0.40 Ex Ex 0.00 1.10 4.20 3.40 0.00 24.44 (1) Modelo de semivariograma: ex = exponencial, es = esférico, g = gaussiano. (2) Nugget como porcentaje de la meseta total. Cuadro Nº 10. Parámetros de los semivariogramas para la humedad a capacidad de campo (continuación) Variable Prof. Suelo (m) (1) R (m) (4) d (m) (5) Puntos/ha (6) (m) Humedad a capacidad de Campo 0.20 0.40 16.00 20.00 5.50 5.50 12.43 7.96 11.00 10.00 (3) Rango en metros, (4) Distancia integral en metros, (5) Puntos/ha generados por el rango. (6) Diámetro en metros de las parcelas experimentales generados por la distancia integral ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO A CAPACIDAD DE CAMPO A LO LARGO DE UN TRANSECTO 59 Realizando un análisis comparativo entre los resultados obtenidos podemos resaltar lo siguiente: • La diferencia fundamental entre ambas técnicas estriba en que mientras el autocorrelograma determina la correlación significativa y el rango, el semivariograma obtiene parámetros de variabilidad espacial como el rango (correlación total), distancia integral (correlación significativa), meseta (mide el grado de variabilidad en la que existe correlación), además el grado de incertidumbre del muestreo (que depende de la presencia o ausencia del efecto nugget). De lo expuesto se afirma que la técnica del semivariograma es mas completa, pero sin embargo el autocorrelograma es una herramienta mas simple y rápida que puede utilizarse para cuantificar solo la correlación espacial. • Para humedad a 0.20 m de profundidad (serie A1), el autocorrelograma obtenido presenta un rango de 31.40 m y una correlación significativa de 6.80 metros, mientras que con el semivariograma se obtuvo un rango de 16 m y una distancia integral de 5.50 metros de lo expuesto se observa que el autocorrelograma presenta valores mas altos en lo que concierne a las medidas de correlación, por lo que la densidad de muestreo varia de 3 a 13 puntos/ha y la dimensión de las parcelas experimentales varia entre 14 a 11 metros de diámetro respectivamente. • Para humedad a 0.40 m de profundidad (serie A2), aplicando el autocorrelograma presenta un rango de 36.60 m y una correlación significativa de 9.6 metros, mientras que el semivariograma presenta un rango de 20 m y una distancia integral es de 5 metros. Al igual que en el caso anterior el autocorrelograma presenta valores mas altos en cuanto a las medidas de correlación. Expresando dicha variación en función de la densidad de puntos de muestreo, observamos que la densidad de muestreo oscila entre 3 a 8 puntos /ha y la dimensión de las parcelas experimentales varia de 19 a 10 m de diámetro para el autocorrelograma y semivariograma respectivamente. 5.0 CONCLUSIONES 1 El semivariograma es una herramienta mas precisa para analizar la variabilidad espacial que el autocorrelograma, por lo tanto las conclusiones que definen la densidad de puntos de muestreo y la dimensión de las parcelas experimentales se realizan tomando como base los resultados del semivariograma. 2 La densidad de puntos de muestreo de la variable humedad a capacidad de campo para la profundidad de 0.20m es de 13 puntos/ha con una incertidumbre de muestreo nulo, y para la profundidad de 0.40m es de 8 puntos/ha con una incertidumbre de muestreo de 24.44%. 3 La dimensión de las parcelas experimentales establecidas para la variable humedad a capacidad de campo varían entre 10 y 11 metros de diámetro. Anales Científicos UNALM 60 6.0 BIBLIOGRAFIA 1. Greminger, Y. K. Sud And D.R. Nielsen, (1985). Spatial Variability Of FieldMeasured Soil-Water Characteristic Soil Sci. Soc. Am. J49: 1075-1082 2. Reichardt, K., (1985). Processos De Tranferencia No Sistema Planta Atmósfera. Departamento De Física y Meteorología E.S.A. “Luis Keiroz”, Usp Brasil. Pág. 391-415. 3. Samper Calvete Javier, Carrera Ramírez Jesús, (1990). Geoestadística :Apli caciones A La Hidrogeología Subterránea. Centro Internacional De Métodos Numéricos En Ingeniería. Primera Edición. Barcelona - España. 484 Pág. 4. Viera, S.R. And D.R. Nielsen, (1981). Spatial Variability Of Field Measured Infiltration Rate. Soil Sci. Soc. Am. J 45: 53-80. 5. Warrick A.W. And R.E. Myer, D.R. Nielsen, (1986). Geostatical Methods Applied To Soil Science. Soil Sci. Soc. Am J 33: 53-80. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» Rosa Miglio T, * Cesar Nava ** RESUMEN El proyecto consistió en el uso de un microsistema integrado de «Ecoinodoros» con tanques de fitotratamiento (pantanos artificiales o «wetlands») en las viviendas para el tratamiento de los residuos líquidos domésticos. El presente trabajo de investigación se llevó a cabo durante los meses de marzo a diciembre del año 2001; y consistió en la evaluación de la capacidad depuradora de un sistema de fitotratamiento para las aguas residuales domésticas del AA HH Nueva Alianza del distrito de San Juan de Lurigancho, Lima. Para la evaluación del sistema se tomaron dos viviendas del mencionado AA HH: la familia Lino y la familia Chávez, las que sirvieron como muestra para el estudio realizado. Los baños de las casas elegidas contaron con el Sanitario Ecológico Seco o «Ecoinodoro», el cual consistió en una taza sanitaria construida con una pared interna que separó las deposiciones líquidas de las sólidas; cayendo, estas últimas a una cámara o fosa seca de concreto donde se almacenaron y alternaron con capas de mezcla de arena con ceniza o arena con cal para acelerar su deshidratación. Se instalaron dos cámaras secas por baño para alternar su uso cada 2 años. Las aguas residuales generadas en la vivienda (orines, las producidas en la ducha, la cocina y en el lavado de ropa), fueron captadas y conducidas mediante tuberías de PVC hacia un atrapagrasas, donde el afluente fue librado de un gran porcentaje de grasas y partículas sólidas sedimentables. Luego de este primer tratamiento, las aguas negras pasaron al tanque de fitotratamiento. * Docente Asociada del Departamento Académico de Centros Rurales ** Alumno 62 Anales Científicos UNALM El tanque de fitotratamiento es un pantano o humedal artificial, también conocido como «Wetland». Los pantanos artificiales son superficies de inundación periódica que consisten en un lecho filtrante de grava u otro sustrato sobre el cual se siembra una planta acuática emergente de la especie macrofita. Las aguas residuales circulan a través del medio poroso, poniéndose en contacto con el sistema radicular de las plantas. La eliminación de contaminantes de las aguas negras ocurre por la combinación de procesos que incluyen la degradación aeróbica y anaeróbica de las sustancias orgánicas y la adsorción y sedimentación de los contaminantes. Los tanques de fitotratamiento fueron construidos de concreto reforzado y de sección rectangular (0.48 m de ancho, 1.90 m de largo y una profundidad de 0.55 m). El diseño original de la tubería de ingreso y salida del efluente fue cambiado para lograr una mejor distribución del líquido en el lecho de material granular. El flujo del agua dentro de los pantanos fue horizontal y subsuperficial (el agua circuló por debajo de la superficie del lecho), con lo que se evitó la salida de olores desagradables y la proliferación de insectos propios de los medios húmedos. El caudal promedio de agua residual con el que trabajó el sistema fue de 250 l/día por vivienda. El agua resultante después del tratamiento tuvo como destino un pozo percolador, donde se realizó la infiltración en el subsuelo. Los parámetros que se evaluaron en el análisis de las muestras de agua cruda y agua tratada fueron los siguientes: * * * Físico - químicos: temperatura, conductividad eléctrica, sólidos suspendidos y el pH. Indicadores de contaminación orgánica: demanda bioquímica de oxígeno a cinco días (DBO5), nitrógeno amoniacal y fósforo total. Indicadores de contaminación biológica: coliformes fecales. Se aplicó la prueba T de Student con un intervalo de confianza del 95%, para la determinación de la existencia de diferencias significativas entre los valores de los parámetros analizados para el agua residual cruda y el agua residual tratada. En el sistema de tratamiento de la vivienda de la familia Lino los porcentajes de remoción obtenidos para cada parámetro fueron: Sales (CE): Sólidos suspendidos: DBO5: Nitrógeno amoniacal: Fósforo total: Coliformes fecales: 35.66 59.03 62.88 49.61 47.74 27.51 % % % % % % En el sistema de tratamiento de la vivienda de la familia Chávez los porcentajes de remoción obtenidos para cada parámetro fueron: Sales (CE): Sólidos suspendidos: DBO5: Nitrógeno amoniacal: Fósforo total: Coliformes fecales: sin remoción 17.66 % 21.85 % sin remoción sin remoción 14.28 % «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 63 SUMMARY The project consisted in the use of a integrated microsystem or «Ecoinodoros» with phytotreatment`s tanks (artificial wetland) in houses for treatment waste water. The investigation was realized since March until December on 2001, and consisted in the evaluation of the capacity of treatment of a phytotreatment´s system for the waste water generated in the «AA. HH. Nueva Alianza» en San Juan de Lurigancho´s District, in Lima - Perú. For the evaluation of the system we analyzed two houses: Lino´s Family and Chávez´s Family. They served like samples. The bathrooms in these houses had the «Dry Ecology Sanitary» or «Ecoinodoro». This consisted in a sanitary constructed with an internal wall, that separated the urine and excrement. The excrement felt in a chamber or tank of concrete, where it will be stored, alternating with layers of sand with ash, or sand with lime, to accelerating the dehydration process. We installed two dry chambers for bathroom to alter their use each two years. The waste water generated in houses (urine, in the shower, cooking, washing, etc.) were harnessed and conduced by PVC pipes until an «atrapagrasas» where the waste water were liberated of a great percentage of greases and sedimentary solid particles. After this first treatment, the waste water passed to the phytotreatment´s tank. The phytotreatment´s tank is an artificial wetland. The artificial wetland is a periodic inundation surface that consist in a gravel filter, with emergent aquatic plants. The waste water pass between the gravel filter and take contact with plant´s roots. Is during this process that the waste water is liberated of the contaminants. The artificial wetland was constructed with reinforced concrete with rectangular section (0.48 m of wide, 1.50 m of large, and 0.55 m of depth). The original design of the entrance and the exit tubing was changed to get a better distribution of the liquid in to the gravel´s filter. The water´s flow in the wetland was horizontal and subsurface (the water run down in to the gravel´s filter). With this system doesn´t generate unpleasant smells and insect´s proliferation, common in wet environments. The average flow of the waste water in the system was 250 l/s per house. The result water after the treatment was conduced to a percolator well, where the liquid filtered in to the subsoil. The parameters used in the evaluation of the waste and treatment water, were: * * * Physical - chemical: temperature, electric conductivity, suspended solids and pH. Indicating of organic contamination: biochemical demand of oxygen (DBO5), ammoniacal nitrogen and total phosphorus. Indicating of biologic contamination: fecal coliforms. Anales Científicos UNALM 64 The T-Student test with 95 % of confidence, was used for the determination of the existence of significant differences between the values of the parameters evaluated. The removal percentages obtained for each parameter, in the system of treatment in the Lino´s house, were: EC: Suspended solids: DBO5: Ammoniacal nitrogen: Total phosphorus: Fecal coliforms: 35.66 % 59.03 % 62.88 % 49.61 % 47.74 % 27.51 % The removal percentages obtained for each parameter, in the system of treatment in the Lino´s house, were: EC: Suspended solids: DBO5: Ammoniacal nitrogen: Total phosphorus: Fecal coliforms: whitout removal 17.66 % 21.85 % whitout removal whitout removal 14.28 % INTRODUCCIÓN En la actualidad, uno de los mayores problemas en las poblaciones, es el deshacerse de las aguas residuales producidas como consecuencia de la actividad humana cotidiana, como son las provenientes del baño; de las labores en la cocina, del lavado de ropa, etc. La solución más común frente a este inconveniente es la colección de los desechos producidos por cada vivienda hacia un colector principal (alcantarillado); el mismo que evacua los residuos a las diferentes fuentes de agua que se hallan en las cercanías de la población, como los mares, ríos y lagos. Si bien es cierto esta salida es una de las más fáciles de adoptar y de poca inversión; sin embargo, dicho procedimiento atenta contra el desarrollo de muchos ecosistemas que tienen su hábitat en los medios acuáticos, deteriora el medio ambiente y genera contaminación. En los Asentamientos Humanos: Micaela Bastidas, Nueva Alianza y Dos de Enero, pertenecientes al distrito de San Juan de Lurigancho, Lima, muchas de las familias pobladoras optaron por el uso del «Sanitario Ecológico Seco» o «Ecoinodoro», que es una alternativa que permite proteger y mejorar el ambiente urbano de manera sustentable, requiere de poca inversión financiera y además ofrece un ahorro de agua en el uso del sanitario. El sanitario ecológico seco consta de una taza con una pared interna que separa las deposiciones líquidas de las sólidas, estas últimas caen a una cámara o foso seco donde se almacenan, alternándolas con capas de arena con ceniza o con cal. Frente al sistema convencional de alcantarillado, el Instituto de Desarrollo Urbano, CENCA, planteó complementar el uso del «Ecoinodoro» con un fitotratamiento sanitario, que «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 65 consistió en un pequeño «wetland» o pantano artificial instalado en cada vivienda y que trató los efluentes líquidos mencionados en el primer párrafo. En el «wetland», lo que se llevó a cabo fue la biofiltración, también conocida como filtración en pequeños chorros. Las aguas residuales pasaron poco a poco por un lecho bien ventilado de materiales de diferente granulometría y dispuestos en capas; sumado a esto, en el sustrato se sembraron especies macrofitas acuáticas (cyperus), actuando ambos sistemas en la remoción de organismos patógenos y materia orgánica presentes en el efluente. Después de recibir el tratamiento, el afluente de cada casa se infiltró en el subsuelo por medio de un pozo percolador, pero podría reusarse para regar un área verde determinada. Por lo tanto, se precisa de una evaluación minuciosa y atenta de la capacidad depuradora del tanque de fitotratamiento casero y el funcionamiento del sistema en general. OBJETIVO Evaluar la capacidad depuradora de un fitotratamiento de flujo horizontal para las aguas residuales domésticas en el AA. HH. Nueva Alianza del de San Juan de Lurigancho. II REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1 SISTEMAS ACUÁTICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: TERRENOS PANTANOSOS 2.1.1 Generalidades Los sistemas acuáticos de tratamiento o terrenos pantanosos se diseñan para aprovechar estos procesos con objeto de proporcionar tratamiento al agua residual. Los procesos que intervienen en estos sistemas incluyen mucho de los utilizados en las plantas de tratamiento (sedimentación, filtración, transferencia de gases, adsorción, intercambio iónico, precipitación química, oxidación y reducción química, y conversión y descomposición biológica) junto con procesos propios de los sistemas de tratamiento natural tales como: la fotosíntesis, fotooxidación y la asimilación por parte de las plantas. La vegetación desempeña un papel integral en los sistemas de tratamiento en terrenos pantanosos, ya que transfiere oxígeno a la parte inferior de los depósitos de tratamiento a través de raíces y rizomas, y proporciona un medio situado por debajo de la superficie libre de agua para el soporte de los microorganismos responsables de gran parte del tratamiento biológico. 2.3.2 Clasificación de los terrenos pantanosos 2.3.2.1 Terrenos pantanosos naturales Desde el punto de vista normativo, los terrenos pantanosos naturales se consideran cuerpos de agua receptores. Por tanto, el vertido a estos terrenos está sujeto, en la mayoría de los casos, a las limitaciones normativas aplicables que suelen obligar al tratamiento secundario o avanzado de las aguas a verter. Su principal objetivo debería consistir en la mejora del hábitat existente. Anales Científicos UNALM 66 2.3.2.2 Terrenos pantanosos artificiales Los pantanos artificiales incluyen pantanos de superficie de agua libre (FWS), así como los sistemas de flujo subsuperficial más recientemente creados (SFS). Estos últimos cuentan con flujo de subsuperficie a través de un medio permeable. Otros nombres que se dan a estos sistemas son «método zona de raíces» y «filtro de roca hierba». Debido a que se usa vegetación acuática saliente en estos sistemas, dependen de las mismas reacciones microbiológicas básicas para el tratamiento. El tipo de medio (suelo o roca) afecta la hidráulica del sistema. EPA (11). Los pantanos artificiales, a su vez, se clasifican en: a) Sistemas de superficie de agua libre con plantas emergentes (FWS) Un sistema FWS típicamente consiste de diques o canales, con un barrera de subsuperficie natural o construía de arcilla o material geotécnico impermeable para prevenir el rezumamiento, suelo u otro medio adecuado para soportar la vegetación saliente, y agua a una altura relativamente poco profunda fluyendo de la superficie del suelo (Ver Figura Nº 1 ). La altura del agua poco profunda, la baja velocidad de flujo y la presencia de tallos de plantas y humus regulan el flujo de agua y, especialmente en canales largos y angostos, aseguran las condiciones de flujo-tapón. Reed, Middlebrooks y Crites (36). b) Sistemas de superficie de agua libre con plantas acuáticas Los sistemas con plantas acuáticas consisten de una o más lagunas poco profundas en las que se cultivan una o más especies de plantas vasculares tolerantes al agua, tales como jacintos acuáticos o lentejilla de agua (Ver Figura Nº 2). Las partes poco profundas y la presencia de macrofitas acuáticas en lugar de algas son las diferencias principales entre los sistemas de tratamiento acuático y las lagunas de estabilización. La presencia de plantas tiene una gran importancia práctica debido a que el efluente de los sistemas acuáticos es de mayor calidad que el efluente de las lagunas de estabilización para tiempos de retención equivalentes o más cortos. Estos es cierto, particularmente cuando los sistemas están situados después de sistemas de lagunas convencionales. c) Sistemas de flujo subsuperficial con plantas emergentes (SFS) Un pantano SFS es un pantano construido que consiste de una trinchera o capa subyacente con una capa impermeable de arcilla o material sintético. La capa contiene medios que soportarán el crecimiento de la vegetación emergente. El sistema está construido con una ligera inclinación (1 a 3 por ciento) entre la entrada y la salida. Como se aprecia en la Figura Nº 3, el efluente primario es introducido en el final del sistema donde fluye hacia un canal transversal lleno de rocas quebradas. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 67 68 Anales Científicos UNALM «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 69 70 Anales Científicos UNALM III UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 3.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA INTEGRADO DE DISPOSICIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS EN EL AA. HH. NUEVA ALIANZA El sistema adoptado por CENCA para la disposición y tratamiento de las aguas residuales domésticas en el AA. HH. consistió en el uso un «Ecoinodoro» provisto de dos cámaras composteras. El «Ecoinodoro» junto con el lavadero de baño, el urinario y la ducha, se encontraban dentro de una caseta. Además, dentro de la vivienda, se contó con un lavadero de cocina. El agua residual producida fue colectada y llevada por un sistema de tuberías hasta un atrapagrasas, que después de un pre-tratamiento evacuaba el afluente en un tanque de fitotratamiento. El agua residual tratada fue conducida hasta un pozo percolador donde ésta se perdió por infiltración en el subsuelo. 3.1.1 Tanque de fitotratamiento El tanque de fitotratamiento viene a ser un pantano artificial o «wetland» cuyo flujo de agua, en este caso, fue horizontal y subsuperficial (SFS). Cada tanque contó con un sistema de tuberías, que distribuyeron el líquido de manera uniforme y mantuvieron el flujo subsuperficial, un lecho de diversas capas de material granular seleccionado, y plantas acuáticas emergentes sembradas en el lecho. Ver Figuras Nº 4, 5 y 6. El tiempo de retención en los tanques de fitotratamiento de las viviendas evaluadas fue de 16.78 horas. 3.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA INTEGRADO Las aguas residuales producidas en la vivienda (orines, aguas producidas por el aseo personal, por las labores culinarias, etc.) fueron recolectadas por la red interna de tuberías y llevadas al atrapagrasas, donde se logró una remoción de grasas y cierta retención de sólidos groseros; para ingresar luego al tanque de fitotratamiento. En el tanque de fitotratamiento el agua residual fue tratada de manera natural por los microorganismos que se desarrollan en la zona radicular de las plantas emergentes y por el lecho de material granular. Al final del proceso el agua resultante fue conducida por una red de tuberías a un pozo percolador, donde se produjo la infiltración en el subsuelo. Ver Figura Nº 7. IV MÉTODOS Y TRATAMIENTOS El principal factor a analizar en la investigación fue la diferencia existente entre dos tipos de agua: el agua cruda que ingresaba al sistema, y el agua resultante después del tratamiento. Por tal motivo, se realizaron mediciones de los principales parámetros físicoquímicos, indicadores de contaminación orgánica y biológica. Los puntos de muestreo estuvieron representados por dos viviendas del mencionado AA. HH. Las muestras de agua fueron tomadas al ingreso del tanque de fitotratamiento (final del atrapagrasas) para el agua cruda, y a la salida del pantano para el agua tratada. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 4.1 71 CAUDAL PROMEDIO DE LAS UNIDADES FAMILIARES EVALUADAS EN EL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Las viviendas tomadas en cuenta para la evaluación del sistema fueron: la de la familia Lino y la de la familia Chávez. El número de integrantes por familia en ambos casos resultó ser de cuatro personas. El volumen promedio de agua potable consumido por cada familia en un día fue de 300 litros; y se asumió una producción de agua residual de 240 litros (80 % del consumo promedio de agua potable). 4.2 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL El agua residual producidas por las viviendas evaluadas estuvo compuesta por los residuos líquidos provenientes de: * * * Orines (generados en el «Ecoinodoro» y urinario) La ducha y el lavadero del baño (producto del aseo personal) Lavadero de la cocina (producto de las labores culinarias, el lavado de ropa y otros) Los parámetros que se evaluaron fueron los siguientes: a) b) c) 4.3 Parámetros físico-químicos: la temperatura, la conductividad eléctrica (CE), los sólidos en suspensión (SS) y el pH. Parámetros indicadores de contaminación orgánica: la demanda bioquímica de oxígeno a cinco días (DBO5), nitrógeno amoniacal y fósforo total. Parámetro indicador de contaminación biológica: concentración de coliformes fecales. PROCEDIMIENTOS DE MUESTREO Las muestras de agua residual producidas por cada vivienda fueron tomadas en los siguientes puntos: Código de la muestra P-1 P-2 4.4 Punto de muestreo a la salida del atrapagrasas (ingreso al pantano) a la salida del pantano ESQUEMA DE MUESTREO La fase de muestreo se inició durante la segunda semana del mes de setiembre del 2001. Primero se tomaron las muestras del agua residual cruda (sin tratamiento) en las dos viviendas. Se realizaron cuatro muestreos para cada casa, en un proceso que duró hasta la cuarta semana de octubre. Durante este periodo no se tomaron muestras del efluente (agua tratada), pues el desarrollo de las plantas (cyperus) todavía no era favorable. Recién a partir de Anales Científicos UNALM 72 la segunda semana de noviembre se empezaron a tomar muestras de agua residual tratada. El trabajo de campo concluyó durante la segunda semana de diciembre del 2001, y se llegaron a tomar cuatro muestras de agua tratada en cada fitotratamiento. Cabe resaltar que el último día de muestreo, también se tomó una muestra de agua residual cruda del pantano de la familia Lino, con lo que se tuvo una muestra más que en el caso de la familia Chávez 4.5 CAPACIDAD DE TRATAMIENTO DE LOS PANTANOS ARTIFICIALES El caudal de tratamiento de estos sistemas no se pudo evaluar debido a que no se trabajó con un flujo continuo por el tipo de abastecimiento de agua de las viviendas. Sin embargo, se realizó una estimación de producción de 240 litros por familia por día (80 % del consumo promedio de agua potable). 4.6 ADAPTACIÓN Y CRECIMIENTO DE LA PLANTAS Durante el proceso de evaluación de los tanques de fitotratamiento se probaron hasta tres diferentes especies de macrofitas acuáticas: el papiro, la totora y el cyperus. La especie Cyperus aff. ferox (cyperus) fue sembrada el 19 de septiembre del 2001, procedentes de la Universidad Nacional Agraria La Molina. Las plantones, previamente podados, fueron sembradas en un número de diez por pantano y fueron ordenados en dos columnas de cinco a lo largo de todo el filtro. Los tallos podados sobresalían 10 cm por encima de la superficie del lecho de material granular del pantano. El cyperus se adaptó de manera satisfactoria en el pantano de la familia Lino, lo que se manifestó en el nacimiento de nuevos brotes y un buen desarrollo de las plantas. Sin embargo, en el fitotratamiento de los Chávez sólo dos de los plantones lograron adaptarse. El resto de las plantas se secaron y marchitaron. Tal motivo se debió, básicamente, a la diferencia en el mantenimiento y operación que cada familia brindó a sus sistema. Al término del trabajo de investigación las plantas medían hasta 0.60 m de altura, y se esperaba que llegaran a crecer hasta alcanzar 1.5 m y lograr un mejor desarrollo radicular, lo que mejoraría la eficiencia de depuración del fitotratamiento. 4.7 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA Para efecto del trabajo de investigación se evaluaron dos viviendas: la de la familia Lino y la de los Chávez. Se esperaba obtener resultados similares en el tratamiento de las aguas residuales; sin embargo, las condiciones de operación y mantenimiento del sistema no fueron iguales en ambos casos. En el caso de la familia Lino: Los integrantes de esta familia cumplieron con los requisitos básicos de operación del sistema, es decir: no agregaron agua residual directamente al lecho de material granular, mantuvieron un caudal de agua residual estable, le dieron limpieza al atrapagrasas cuando fue necesario, etc. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 73 En el caso de la familia Chávez: En el fitotratamiento de esta vivienda se presentaron inundaciones constantes del pantano y atoros en el atrapagrasas, lo que trajo como consecuencia la proliferación de insectos vectores de enfermedades (zancudos, moscas y mosquitos) y la producción de olores desagradables. Estos problemas se suscitaron por la siguientes razones: No dar un adecuado mantenimiento al atrapagrasas cuando era necesario. Arrojar agua residual, desperdicios de cocina y agua con detergente directamente al lecho de material granular (sin pasar por el atrapagrasas). La remoción y desorden de las capas del lecho. En muchas ocasiones, los brotes de cyperus de los pantanos de ambas viviendas fueros atacados por patos, pollos y hasta perros, que se los comían y/o aplastaban. Por esta razón se optó por colocar una cerca de malla mosquitera de 0.65 m de altura a lo largo de todo el perímetro del tanque de fitotratamiento. 4.8 ANÁLISIS ESTADÍSTICO Se aplicó la prueba T de Student con un intervalo de confianza del 95 %, para la determinación de la existencia de diferencias significativas entre los valores de los parámetros analizados para el agua residual cruda y el agua residual tratada. V EVALUACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES TRATADAS Los resultados del análisis de los parámetros físico-químicos, indicadores de contaminación orgánica y biológica de las aguas residuales tratadas, muestreadas a la entrada (P - 1) y salida (P - 2) de los tanques de fitotratamiento se observan en los Cuadros N° 1, 2, 3 y 4. Asimismo, la comparación entre los valores promedios del agua cruda y el agua tratada, y los porcentajes de remoción obtenidos se muestran en los Cuadros N° 5 y 6. 5.1.1 Temperatura En los dos pantanos el agua residual tratada presentó valores diferentes a los registrados en el agua cruda, con un comportamiento de tendencia descendente en 1.0 °C . La explicación a este hecho es que el flujo del agua residual dentro del tanque de fitotratamiento es subsuperficial y las muestras de agua tratada fueron tomadas inmediatamente después de su paso por el lecho de material granular. 5.1.2 Conductividad eléctrica En el pantano de los Lino se notó un claro descenso de la CE en el agua residual tratada, bajando de un valor tóxico para las plantas de 5.65, a uno más tolerable de 3.64 dS/m, lo que representó un porcentaje de remoción del 35.66 %. El lecho de material granular Anales Científicos UNALM 74 CUADRO Nº 1 VARIACION DE LOS PARAMETROS ANALIZADOS EN EL AGUA RESIDUAL CRUDA - FAM. LINO Nº DE PARÁMETRO PRUEBA 1 2 3 4 5 PROMEDIO ºC) Temperatura (ºC) 24.5 24.0 25.0 26.0 Eléctrica (dS/m) 6.88 5.81 6.34 4.78 4.44 5.65 ndidos (g/l) 6.72 3.18 4.94 2.31 2.1 3.85 8.5 8.1 8.1 8.5 7.4 8.12 S INDICADORES FÍSICOS FÍSICOS Conductividad Eléctrica (dS/m) 24.88 Solidos Suspendidos (g/l) S QUÍMICOS INDICADORES QUÍMICOS pH NTAMINACIÓN ORGÁNICA ORGÁNICA INDIC. DE CONTAMINACIÓN Demanda de Oxígeno uímica de Bioquímica Oxígeno - DBO5 (mg/l) - DBO5 (mg/l) 1258 1198 1437 345 692 986.00 oniacal (mg/l) 3Nitrógeno Amoniacal (mg/l) 690.0 560.0 708.4 546.0 392.0 579.28 (mg/l) 13.1 7.2 66.2 23.2 28.3 27.60 3.6E+02 2.4E+05 1.1E+09 9.3E+05 2.1E+07 1.1E+06 Prom. Geométrico Fósforo Total (mg/l) NTAMINACIÓN BIOLÓGICA BIOLÓGICA INDIC. DE CONTAMINACIÓN cales ( NMP Fecales / 100ml ) ( NMP / 100ml ) Coliformes CUADRO Nº 2 VARIACION DE LOS PARAMETROS ANALIZADOS EN EL AGUA RESIDUAL CRUDA - FAM. CHAVEZ N° DE PR U E BA PAR ÁM ETR O INDICADORES FÍSICOS Temperatura (ºC) Conductividad Eléctrica (dS/m) Solidos Suspendidos (g/l) INDICADORES QUÍMICOS pH 1 2 3 4 5 PROM EDIO 25.0 24.0 24.5 25.5 24.75 2.18 1.52 1.86 3.18 2.19 3.42 1.27 1.53 2.33 2.14 6.9 6.6 6.8 7.3 6.90 INDIC. DE CONTAMINACIÓN ORGÁNICA Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO5 (mg/l) 3Nitrógeno Amoniacal (mg/l) Fósforo Total (mg/l) 995 532 549 706 695.50 105.0 30.0 173.6 246.4 138.75 11.5 5.8 11.4 36.2 16.23 1.1E+07 1.1E+08 4.6E+07 1.1E+06 INDIC. DE CONTAMINACIÓN BIOLÓGICA Coliformes Fecales ( NMP / 100ml ) 1.6E+07 Prom . Geom étrico «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» CUADRO Nº 3 75 VARIACION DE LOS PARAMETROS ANALIZADOS EN EL AGUA RESIDUAL TRATADA- FAM. LINO Nº PRUEBA PARÁMETRO 1 2 3 4 PROMEDIO FÍSICOS INDICADORES FÍSICOS )Temperatura (ºC) 24.0 23.5 24.0 24.0 23.88 léctrica (dS/m) Conductividad Eléctrica 3.71 3.30 4.53 3 3.64 1.51 1.44 2.05 1.31 1.58 7.8 7.2 7.3 7.7 7.50 (dS/m) Solidos idos (g/l) Suspendidos (g/l) QUÍMICOS INDICADORES QUIMICOS pH TAMINACIÓN ORGÁNICA INDIC. DE CONTAMINACIÓN ORGÁNICA ímica de Oxígeno - DBO5de (mg/l) Demanda Bioquímica Oxígeno - DBO5 (mg/l)(mg/l) iacal Nitrógeno Amoniacal (mg/l) g/l) Fósforo Total (mg/l) 183 606 435 240 366.00 324.8 210.0 364.0 268.8 291.90 6.7 22.0 18.7 10.3 14.43 3.6E+03 9.0E+02 4.6E+05 2.4E+05 TAMINACIÓN BIOLÓGICA INDIC. DE CONTAMINACIÓN BIOLÓGICA les ( NMP / 100ml ) Coliformes Fecales ( NMP / 100ml ) 2.4E+04 Prom. Geométrico CUADRO Nº 4 VARIACION DE LOS PARAMETROS ANALIZADOS EN EL AGUA RESIDUAL TRATADA- FAM. LINO Nº DE PRUEBA PARÁMETRO 1 2 3 4 PROMEDIO Temperatura (ºC) 24.0 23.0 23.5 25.0 23.88 Conductividad Eléctrica (dS/m) 3.09 3.92 1.92 3.22 3.04 Solidos Suspendidos (g/l) 1.64 1.82 1.91 1.67 1.76 7.1 7.4 6.6 7.4 7.13 INDICADORES FÍSICOS INDICADORES QUÍMICOS pH INDIC. DE CONTAMINACIÓN ORGÁNICA Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO5 (mg/l) 552 192 1112 318 543.50 Nitrógeno Amoniacal (mg/l) 154.0 224.0 117.6 280.0 193.90 Fósforo Total (mg/l) 22.1 15.0 38.2 14.3 22.40 1.1E+06 7.5E+05 2.4E+05 2.4E+07 INDIC. DE CONTAMINACIÓN BIOLÓGICA Coliformes Fecales ( NMP / 100ml ) 1.5E+06 Prom. Geométrico Anales Científicos UNALM 76 cumplió una acción depuradora del agua residual doméstica y junto a las plantas, que absorbieron parte de las sales del efluente para nutrirse, contribuyeron en la disminución del valor de la CE. En la prueba estadística se encontraron diferencias significativas entre el agua residual cruda y el agua tratada. Ocurrió lo inverso con el pantano de los Chávez, con un valor promedio en el agua residual tratada (3.04 dS/m), mayor que en el agua cruda (2.19 dS/m). Lo que sucedió fue que en este pantano las aguas residuales producidas en la cocina y por el enjuague del lavado de ropa, eran arrojadas directamente al lecho de material granular, muy cerca de la tubería de salida del fitotratamiento, evitando el pre-tratamiento del atrapagrasas y parte de la depuración brindada por el lecho de material granular. Esto hecho, sumado al pobre desarrollo de las plantas en este pantano, dió como resultado el incremento de la CE en el agua tratada. La prueba estadística no encontró diferencias significativas entre ambos tipos de agua. 5.1.3 Sólidos suspendidos En el fitotratamiento de los Lino se logró una remoción del 59.03% de los sólidos suspendidos. Este hecho fue producto de la labor del lecho de material granular, que trabajó como un filtro natural. Cabe resaltar que el agua residual cruda ingresó al pantano librada de un gran porcentaje de grasas y partículas sedimentables, debido a que tuvo un pre-tratamiento en el atrapagrasas. La prueba estadística demostró que habían diferencias significativas entre el agua cruda y tratada . En el pantano de los Chávez la remoción sólo fue de 17.66%. No se logró una mejor depuración debido a que las capas que conformaban el lecho del fitotratamiento fueron removidas y desordenadas por los usuarios, lo que permitió que el material granular fino llegara hasta la tubería de salida del pantano. En este caso no se encontraron diferencias significativas entre ambos tipos de agua residual. 5.1.4 pH El valor promedio de pH en el agua tratada por el pantano de la familia Lino fue de 7.5, disminuyendo en 0.62, respecto del promedio que se tuvo en el agua residual cruda (8.12). Al hacer la prueba estadística se encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de agua. En el fitotratamiento de los Chávez se presentó una tendencia inversa al caso anterior. El valor promedio de pH en el agua residual tratada se incrementó en 0.23, respecto del agua cruda. Cabe resaltar que ambos promedios: 6.9 y 7.13, en el agua cruda y tratada, respectivamente, son menores que los hallados en la vivienda de los Lino y que, como ya se mencionó antes, en este pantano no se dieron las condiciones favorables para su adecuado funcionamiento. En este caso no se encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de agua. 5.1.5 Demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días (DBO5) El porcentaje de remoción de DBO5 en el pantano de los Lino llegó hasta un 62.88 %. La prueba estadística demostró que habían diferencias significativas entre el agua residual cruda y el agua residual tratada. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 77 En el caso del fitotratamiento de los Chávez sólo se alcanzó una depuración del 21.85 %. Este hecho se debió a que, a parte del pésimo manejo que se le dio al lecho de material granular, el 80 % de las plantas (cyperus) se había marchitado. No se encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de agua. 5.1.6 Nitrógeno amoniacal Se tuvo una remoción equivalente al 49.61 % en el pantano de los Lino, con un agua residual cruda muy concentrada que tuvo un pico de 708.4 mg/l. Al analizar estadísticamente los datos hallados se encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de agua. En el caso del pantano de los Chávez no hubo remoción alguna, sino que por el contrario la concentración de nitrógeno amoniacal se incrementó, pasando de un valor promedio de 138.75 mg/l para el agua cruda, a 193.9 mg/l para el agua tratada. Estos resultados se produjeron como consecuencia de la falta de cuidado en la operación y mantenimiento del sistema. No se encontraron diferencias significativas entre ambos tipos de agua residual. 5.1.7 Fósforo total La remoción del PO4 fue del 47.74 %, en el caso del pantano de la familia Lino. A pesar de que se obtuvo este nivel de depuración, con valores promedio del agua cruda y tratada de 27.6 y 14.43 mg/l, respectivamente, la prueba estadística no encontró diferencias significativas entre los dos tipos de agua. La razón de este hecho radicó en la alta variabilidad y dispersión existente entre los valores de concentración de PO4 dentro de cada tipo de agua. Así se tiene que para el agua residual cruda se tuvo un valor máximo de 66.2 y un mínimo de 7.2 mg/l; mientras que para el agua tratada se tuvieron valores de 22 como máximo y de 6.7 mg/l como mínimo. Estos picos en los análisis de las muestras se dieron debido a que el caudal en el sistema no fue constante (por pulsos); fue máximo cuando se lavó ropa y mínimo cuando la familia entera se encontraba ausente. Este hecho ocasionó un mayor o menor tiempo de reposo en el atrapagrasas, lo mismo que en el tanque de fitotratamiento. En el pantano de los Chávez no se produjo remoción. El valor promedio del agua tratada (22.4 mg/l) resultó ser mayor que el del agua cruda (16.23 mg/l). Como ya se dijo antes, tal efecto ocurrió por el inadecuado manejo del sistema. Tampoco se encontraron diferencias significativas entre ambos tipos de agua residual. 5.1.8 Coliformes fecales En el pantano de los Lino, el promedio de la concentración de coliformes fecales del agua cruda, se redujo de 1.1x106 hasta 2.4x104 NMP/100 ml (promedio del agua tratada), lo que representó un porcentaje de depuración de 27.51%. La prueba estadística no encontró diferencias significativas entre los dos tipos de agua. Como ya se mencionó, esto se debió a la gran dispersión existente entre los datos analizados, tanto en el agua cruda como en la tratada. En el pantano de los Chávez, se bajo el valor promedio de 1.6x107 (promedio del agua cruda) hasta 1.5x106 NMP/100 ml (promedio del agua tratada). El porcentaje de remoción fue de 14.28 %. En este caso tampoco se encontraron diferencias significativas entre ambos tipos de agua Anales Científicos UNALM 78 VI CONCLUSIONES 1. La evaluación de este tipo de tratamiento de aguas residuales domésticas se realizó en condiciones reales. Las familias propietarias fueron capacitadas y orientadas constantemente en el uso y mantenimiento del sistema; sin embargo, al final eran ellas quienes decidían como operarlo y manejarlo de acuerdo a su criterio y costumbres. 2. Para el trabajo de investigación se tomaron en cuenta dos pantanos artificiales de iguales condiciones, pero de propietarios diferentes: los Lino y los Chávez. Sólo en el caso de la primera familia se cumplieron con las recomendaciones establecidas para el adecuado mantenimiento y operación del sistema; en el otro caso, el fitotratamiento operó en condiciones adversas, puesto que no se respetaron las normas de su funcionamiento. De esta experiencia se tiene que este sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas no trabajará de manera apropiada si no se respetan los criterios de su uso. 3. Dentro del sistema, a pesar que no se evaluó el atrapagrasas, se presume que contribuyó a elevar las concentraciones de DBO5 y de coliformes fecales; pues se creó en él un medio favorable para la actividad orgánica y microbiológica por el flujo discontinuo de aguas residuales. 4. En el sistema de tratamiento de la vivienda de la familia Lino los porcentajes de remoción obtenidos para cada parámetro fueron: Sales (CE) Sólidos suspendidos DBO5: Nitrógeno amoniacal Fósforo total: Coliformes fecales 35.66 % 59.03 % 62.88 % 49.61 % 47.74 % 27.51% La prueba estadítica encontró diferencias significativas entre los resultados del agua residual cruda, excepto en el caso de los parámetros: fósforo total y los coliformes fecales. Tal efecto radicó en la gran variabilidad y dispersión de los datos obtenidos al analizar los dos tipos de agua, así como también, en la sensibilidad que presenta la prueba estadística utilizada (prueba T) 5. En el sistema de tratamiento de la vivienda de la familia Chávez los porcentajes de remoción obtenidos para cada parámetro fueron: Sales (CE): Sólidos suspendidos: DBO5: Nitrógeno amoniacal: Fósforo total: Coliformes fecales: sin remoción 17.66 % 21.85 % sin remoción sin remoción 14.28 % «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 79 En esta vivienda, la prueba estadística no encontró diferencias significativas entre los resultados del agua residual cruda y el agua residual tratada. 6. Estadísticamente existieron diferencias significativas entre el agua residual cruda y la tratada, cuando la operación y mantenimiento del sistema de tratamiento fue el apropiado (vivienda de los Lino). 7. Las plantas acuáticas emergentes, vía su sistema radicular, consumieron las sales y nutrientes del agua residual. De esta manera, las plantas contribuyeron en la reducción de la concentración de la conductividad eléctrica, el nitrógeno amoniacal y el fósforo total. Asimismo, en el sistema radicular de las plantas se desarrolla una película bacteriana, que compite por el consumo de nutrientes con los organismos patógenos del agua residual, lo que da como resultado una reducción en la concentración del parámetro indicador de contaminación biológica (coliformes fecales). 8. Si bien se logró cierto porcentaje de remoción de contaminantes en el pantano de la familia Lino, estos valores están por debajo de otros sistemas similares, considerándose que esto se debe al poco desarrollo de las plantas y a la variabilidad del flujo del agua residual. Esta última característica nos permite recomendar que este sistema sea aplicado cuando la vivienda con un sistema de abastecimiento de agua continuo. 9. En ambos pantanos se llegaron a probar hasta tres tipos de macrofitas acuáticas, de las cuales el papiro (Cyperus papirus) y la totora (Schoenoplectus tatora) no lograron adaptarse de manera satisfactoria, con plantas que se secaron y/o pudrieron al poco tiempo de ser sembradas. Fue el cyperus (Cyperus aff. ferox) la especie que logró desarrollarse mejor, y sirvió de base para el trabajo de investigación. El último muestreo de agua tratada se realizó cuando los cyperus tenían tres meses de sembrados y una altura de unos 0.60 m. Estas plantas pueden llegar a crecer hasta 1.5 m de altura y mejorar su sistema radicular, lo que supondría una mejor eficiencia del sistema en el tratamiento de las aguas residuales domésticas. 10. La calidad del efluente del fitotratamiento podría permitir su reuso en el riego restringi do (especies de tallo alto y forestales). 11. Debido a que este tipo sistema de tratamiento crea entornos vistosos, tiene una operación y mantenimiento relativamente sencillos, no produce olores desagradables y proliferación de insectos dañinos, ni genera problemas ambientales; se puede permitir su instalación en áreas públicas, siempre y cuando se respeten las normas de su manejo. VII RECOMENDACIONES 1. El atrapagrasas debe ubicarse en un lugar con sombra, con el propósito de mantener bajas temperaturas en su interior para que la grasa se solidifique. Además, la captación de la tubería de salida debe de ubicarse a una distancia de 0.10 m por encima de la losa de fondo y no más alta, para evitar el paso de las grasas acumuladas en la superficie, al tanque de fitotratamiento. Anales Científicos UNALM 80 2. Las plantas deben ser sembradas durante el vaciado de las capas del lecho de material granular, y no después, a fin de evitar el desorden de los estratos de los materiales. Asimismo, primero que todo se debería construir el tanque de fitotratamiento, e ir regando las plantas con agua potable para que se vayan adaptando al nuevo sustrato. 3. Es importante brindar un adecuado mantenimiento al sistema para evitar problemas en su funcionamiento (atoros, floración de agua en el pantano, olores desagradables, etc.). 4. Este sistema podría ser utilizado por varias familias a la vez, a través de una red colectora que llevaría las aguas residuales domésticas hasta un atrapagrasas y un fitotratamiento de mayores dimensiones, con lo que se tendría un caudal constante y estable; y un mejor rendimiento del sistema. 5. Es necesario continuar con las investigaciones en este tipo de sistemas de tratamiento, ya que existen muchas variables por analizar, como por ejemplo: el comportamiento del fitotratamiento con diferentes tipos de sustrato, la eficiencia del sistema con el uso de especies acuáticas de mayor aprovechamiento, la modificación del tipo de flujo, el uso de pantanos combinados de flujo tipo horizontal y vertical, etc. 6. Caracterizar el afluente doméstico en diferentes horas del día y épocas del año. 7. Probar este sistema en las diversas zonas geográficas y en diferentes épocas del año; asimismo, probarlo en comunidades de varios entornos: urbano, periurbano y rural. 8. Investigar el comportamiento y características de parcelas de diversos cultivos, regadas con aguas residuales tratadas por este sistema. VIII BIBLIOGRAFÍA 1) CENTRO PANAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y CIENCIAS DEL AMBIENTE, CEPIS. 1991. Manual de Disposición de Aguas Residuales: Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las Aguas Residuales. CEPIS / OPS / OMS. Tomo I. Lima. Perú. 2) ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, EPA. 1981. Process Design Manual: Land Treatment of Municipal Wastewaters. Ohio. USA. 3) ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, EPA. 1988. Manual de Diseño de Pantanos Construidos y Sistemas de Plantas Acuáticas para el Tratamiento de Aguas Residuales. Center for Environmental Research Information. Ohio. USA. 4) MELLISHO, Marlene. 1999. Evaluación de la Capacidad Depuradora de Tres Macrofitas Acuáticas en Pantanos Artificiales para el Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas. UNALM. Lima. Perú. «EVALUACION DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE UN FITOTRATAMIENTO DE FLUJO HORIZONTAL, PARA LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL AA.HH. NUEVA ALIANZA DEL DISTRITO DE SAN JUAN DE LURIGANCHO» 81 5) METCALF & EDDY. 1995. Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento, Vertido y Reutilización. Volumen I. Madrid. España. 6) METCALF & EDDY. 1985. Ingeniería Sanitaria: Tratamiento, Evacuación y Reutilización de Aguas Residuales. Barcelona. España. 7) MIGLIO, Rosa. 1999. Eliminación de Aguas Residuales y Residuos Sólidos. UNALM. Lima. Perú. 8) OLGUÍN, Eugenia; HERNÁNDEZ, Elizabeth; COUTIÑO, Patricia y GONZÁLEZ, Rosalía. Aprovechamiento de Plantas Acuaticas para el Tratamiento de Aguas Residuales. Tecnologías ambientales para el desarrollo sustentable. México. México. 9) PÉREZ PARRA, Jerónimo y VALVERDÚ ARBÓS, Antonio. Depuración y Reutilización de Aguas Residuales. Encuentro Medio Ambiental Almeriense: En Busca de Soluciones. Almería. España. 10) SEOÁNEZ CALVO, Mariano. 1999. Aguas Residuales: Tratamiento por Humedales Artificiales. Fundamentos Científicos. Tecnologías. Diseño. Madrid. España. “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” Rosa Miglio T. Raúl Espinoza V. RESUMEN Una de las formas de tratamiento de aguas servidas es mediante los pantanos artificiales. En este trabajo se compara la capacidad depuradora de dos plantas (carrizo y cyperus) comparadas con un sistema en blanco ( sin plantas). El modulo experimental trata las aguas servidas de la granja de porcinos reproductores de la UNALM; este modulo esta formado por tres sistemas en los cuales se sembraron las dos especies y el tercero es el sistema en blanco. Cada uno de estos sistemas esta formado por dos pantanos colocados en serie; el primero de flujo vertical descendente y el segundo de flujo vertical ascendente. El sistema captó el agua residual mediante una pequeña compuerta instalada sobre el canal de desagüe de la granja y la derivó hacia un tanque sedimentador desde donde fue conducida mediante tuberías hacia los pantanos de flujo vertical. El estudio concluye que al haberse logrado más de un 90% de eficiencia en la remoción de DQO y nitrógeno total, se puede afirmar que el sistema funcionó satisfactoriamente. Obteniéndose mejores resultados en el sistema con el cultivo de cyperus. ABSTRACT One in the ways of treatment of waste waters is by means of the artificial wetlands. In this work the purifying capacity of two plants is compared (Phragmintes australis and Cyperus alternifolius) with a system in blank (without plants). The experimental module treats the waste waters of the porcine’s reproducers farm of the UNALM; this module was formed by three systems in which the two species were sowing and the third was the system in blank. Each one of these systems was formed by two wetlands placed in series; the first of descending vertical flow and the second of upward vertical flow. * Docente Asociada del Departamento Académico de Centros Rurales “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 83 The system captured the residual water by means of a small floodgate installed on the channel of drainage of the farm and it derived toward a sedimentation tank from where it was driven by means of tubing toward the wetlands of vertical flow. The study concludes that when having been achieved more than 90% of efficiency in the elimination of DQO and total nitrogen, one can affirm that the system works satisfactorily. Obtaining improves results in the system with the Cyperus alternifolius cultivation. 1. INTRODUCCIÓN La falta de agua se ha convertido en un problema mundial; una solución para este problema es el reuso de las aguas. El problema de estas aguas es su alto nivel de contaminación. Para solucionar este problema el hombre ha creado diferentes tipos de plantas de tratamiento, las cuales reducen el nivel de contaminación haciéndolas aptas para un uso determinado. Una de las formas de tratamiento son los humedales artificiales, en los cuales se siembran plantas hidrófitas las que colaboran en el tratamiento de las aguas residuales. Existen algunos cultivos que tienen mejor adaptación a estos sistemas así como la capacidad de tratamiento del agua. Esta investigación evalúa la capacidad depuradora de dos plantas hidrófitas para conocer cual de ellas es mejor depuradora en algunos parámetros de contaminación, también para conocer que cultivo tiene mejor adaptación a este tipo de sistema. Este sistema de tratamiento será aplicado a las aguas residuales producidas en la granja de porcinos reproductores de la Universidad Nacional Agraria La Molina. 2. OBJETIVOS 3. - Evaluar la capacidad de tratamiento de un sistema de pantanos artificiales de flujo vertical en las aguas residuales de la sub unidad de cerdos reproductores de la granja porcina de la Universidad Nacional Agraria La Molina - Comparar la capacidad de remoción de contaminantes de dos plantas acuáticas: Phragmintes australis (carrizo) y Cyperus alternifolius (cyperus) respectoa un sistema en blanco (sin plantas) - Evaluar el comportamiento general del sistema instalado. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Métodos de tratamiento de aguas residuales Básicamente los tratamientos de aguas residuales se clasifican en: a) Pre tratamiento .- Tiene por finalidad la retención y la eliminación de los sólidos de gran volumen por medio del cribado y la sedimentación, también grasas y aceites por medio de la flotación. Para cumplir con estos objetivos se usan las siguientes unidades: Anales Científicos UNALM 84 b) Tratamiento primario.- Es aquel en el que se logra una eliminación de una parte de los sólidos suspendidos y flotantes por medios físicos. Dentro de estos tratamientos se tienen: - c) Filtros de arena Filtros biológicos Sistema de lodos activados Lagunas de estabilización de fase aeróbica Humedales o pantanos artificiales Reactores de tipo continuo Tratamiento terciario.- Agrupa aquellos procesos utilizados para reducir la concen tración de sustancias orgánicas en inorgánicas (nutrientes, metales pesados, detergentes u otras sustancias toxicas) en el efluente proveniente de un tratamiento secundario. Dentro de estos sistemas se encuentran: - e) Sedimentadores Tanques de flotación Tanque séptico Tanque Imhoff Lagunas de estabilización fase anaeróbica. Tratamiento secundario.- Es aquel en el que se suministran medios para satisfacer la demanda de oxígeno y vienen en general precedidos de uno o más tratamientos primarios. Se utilizan procesos biológicos, entre estos tenemos: - d) Rejas Desarenadores Desengrasadores Cribado y Mallas Desmenuzadores Pantanos artificiales Intercambio iónico Coagulación Ósmosis inversa Radiación gamma Desinfección.- Es una practica, no muy frecuente que puede hacerse como trata miento primario o como tratamiento final. El más utilizado es el de cloración. Humedales artificiales. Los humedales artificiales son sistemas que se caracterizan por tener el sustrato artificial o muy modificado, la vegetación es implantada y el cultivo es elegido según el tipo y función del humedal. Estos humedales por tener un afluente liquido alta “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 85 mente contaminado requieren un mantenimiento de la vegetación (podas periódicas y cambios frecuentes) y del sustrato (limpieza y renovación). 4. METODOLOGÍA Ubicación. El módulo experimental se ubicó en la granja de porcinos de la UNALM, sub unidad de reproducción. Recopilación de la información base. - Obtención del caudal.- Los caudales de desagüe de la granja se midieron con un vertedero de fibra de vidrio previamente calibrado. Las mediciones se realizaron durante cuatro días continuos. - Nivelación.- Se tomaron los niveles del terreno con la finalidad de conocer la cota de la toma en el canal y para saber la profundidad de excavación según la carga hidráulica necesaria. La nivelación fue hecha con un nivel Zeiss y dos miras. - Datos meteorológicos.- Se recopilo información meteorológica correspondiente a los meses en que se realizó la investigación. Los datos seleccionados fueron: temperatura, precipitación, horas de sol y humedad relativa y fueron obtenidos del observatorio meteorológico «Alexander Von Humboldt»de la Uni versidad Nacional Agraria La Molina. Construcción del módulo experimental. - Toma de entrada.- La toma fue construida en forma perpendicular al canal de desagüe de la granja de porcinos con la finalidad de regular el caudal del sistema. - Tanque sedimentador.- Como sedimentador se uso un tanque de fibra de vidrio de 1.20 x 1.80 y 0.40 m de alto. Este tanque fue colocado con una contra pendiente de 3.5%. - Tuberías de conducción y distribución.- La conducción de la toma al tanque sedimentador fue constituida por una tubería de PVC de 2" de diámetro. A la salida del tanque sedimentador se instaló una red de tuberías de PVC de 1" de diámetro para llevar el agua pre-sedimentada hacia los sistemas de pantanos. En el punto de salida de agua del sedimentador se coloco una tubería con un codo de 90° para controlar el nivel, el codo se cubrió con una malla metálica para evitar la salida de sólidos flotantes, que podrían causar obstrucciones en las tuberías. Esta salida se ubicó a 40 cm del fondo del tanque. - Pantanos artificiales.- Los pantanos se instalaron en cilindros de plástico de 0.60 m de diámetro y de 0.90 m de altura. Dentro de los cilindros se colocó un sustrato de grava y arena previamente analizados conformando cuatro capas con los siguientes espesores: Anales Científicos UNALM 86 Pantanos de flujo descendente Arena seleccionada 18cm Arena y confitillo (2:1). 35cm Arena seleccionada 13cm G rava 12 cm Pantanos de flujo ascendente Arena seleccionada 13cm Arena y confitillo (2:1). 30cm Arena seleccionada 13cm G rava 12 cm Para lograr una buena distribución del agua a través del sustrato se colocó una corona de 20 x 20 cm de tubería de PVC de 1" de diámetro tanto a la entrada como en la salida del pantano. Siembra y adaptación de las plantas acuáticas. La siembra se realizó el día 20 de enero de 2001. La densidad de siembra en el cultivo de carrizo fue de 20 plantones en cada pantano (70 plantas/m2). La adaptación y crecimiento de las plantas duró 8 semanas de las cuales las 2 primeras fueron regadas con agua potable y las restantes con el agua de desagüe de los cerdos. Las plantas de carrizo no llegaron a crecer totalmente. Mostrándose débiles, pequeñas y una coloración morada en sus hojas. La siembra de los plantones de cyperus se realizó el mismo día de la siembra del carrizo y el tratamiento fue el mismo para ambas especies durante las 8 semanas de adaptación. La densidad de siembra fue de 16 plantones por pantano (57 plantas/m2). Al comenzar la evaluación del sistema se tuvo que podar dejando sólo 54 plantones por pantano. Al contrario de las plantas de carrizo el cyperus mostró muy buena adaptación aumentando enormemente el número de individuos, algunas de las plantas lograron la etapa adulta, presentando floracion y semillas, llegando a medir mas de 70 cm. Caudal de operación del sistema. Dado que los cilindros que conformaban los pantanos tenían un volumen específico, se calculo el gasto aproximado para el tiempo de retención de 12 horas. “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 87 Para ello se aplicó la ecuación del tiempo teórico de retención, tomándose como datos la porosidad del sustrato y el volumen ocupado por el sustrato en los cilindros. Vv Q = —————————— Tr Siendo: Q = caudal de operación del sistema. Vv = volumen de vacíos Tr = tiempo de retención MATERIAL ESPESOR EN ESPESOR EN POROSIDAD SECCION EL PANTANO 1 EL PANTANO 2 (%) (m ) VACIOS (m) (m) 0,0436 2 VOLUMEN DE Arena 0,18 0,13 49,8 0,2827 Mezcla 0,35 0,13 40,5 0,2827 0,0744 Arena 0,13 0,13 49,8 0,2827 0,0366 Grava 0,12 0,12 44,78 0,2827 0,0304 0.1851 3 Q = = ---------------- = 0.015425 m /h 12 Q = 15.42 l/h • Diseño de la carga hidráulica. Con los datos de la caracterización de los agregados se pudo hallar mediante tablas la conductividad hidráulica del material, obteniendo el valor de 10 cm/s, para luego obtener las perdidas de carga de todo el sistema. K = conductividad hidráulica = 10 cm/s A = área transversal al flujo = 0.2827 m2 L = recorrido del flujo en el sustrato = 1.46 m Q = caudal de operación del sistema = 15.42 l/h dh = diferencia de alturas entre la entrada y la salida de los pantanos. Q= dh = dh ————— L Q*L ————K*A K* A* dh = 0.0221 cm. Anales Científicos UNALM 88 - Una vez conocida la conductividad hidráulica del sistema se halló la perdida de carga teórica. Como la conductividad hidráulica varia debido a los sólidos arrastrados por el agua residual se creyó conveniente construir los pantanos con un valor de 10 cm, el cual se asumió de la experiencia del proyecto internacional de Alemania-Australia-China para descontaminar lagos. Se construyó con 10 cm de diferencia para asegurar el buen funcionamiento del sistema. Todas las tuberías de conducción fueron de P.V.C. de unión a presión de una pulgada de diámetro, excepto la tubería de ingreso al tanque sedimentador la cual fue de dos pulgadas; esto debido a la conducción de grandes cantidades de sedimentos. Funcionamiento del sistema. El sistema funcionó tipo Batch, llenándose el sedimentador los días lunes y jueves de cada semana, para lo cual primero se colocaba la compuerta en el canal de desagüe delante de la toma para que el agua pueda ingresar al sistema. Luego se regularon las válvulas de ingreso a los cilindros, con el caudal calculado. El sistema no se pudo hacer funcionar con flujo continuo debido a que los volúmenes diarios del desagüe variaban enormemente y se corría el riesgo que se rebalse el tanque sedimentador. El tiempo de retención estimado en el tanque sedimentador fue de 18.68 horas. Monitoreo del sistema. • Evaluación del agua residual.- Una vez puesto en marcha el sistema y cuando las plantas se adaptaron (8 semanas) se inició la evaluación del agua residual cruda y tratada para lo cual se realizaron muestreos en los siguientes lugares: - Punto 1: Agua cruda, a la entrada del sedimentador. Punto 2: Agua tratada a la salida del humedal de flujo ascendente del sistema con carrizo. Punto 3: Agua tratada a la salida del humedal de flujo ascendente del sistema con cyperus. Punto 4: Agua tratada a la salida del humedal de flujo ascendente del sistema en blanco. Número de nuestras. El número de muestras de cada parámetro se indica en el siguiente cuadro: “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 89 PUNTO DE MUESTREO PARAMETRO AGUA CRUDA PANTANO DE PANTANO DE PANTANO EN CARRIZOS CYPERUS BLANCO Oxígeno disuelto 10 10 10 10 pH 10 10 10 10 CE 9 9 9 9 Temperatura 10 10 10 10 DQO 9 9 9 9 N total 6 6 6 6 Sólidos Totales 9 9 9 9 Sólidos en suspensión 1 1 1 1 Sólidos sedimentables 9 9 9 9 Sólidos Fijos 9 9 9 9 Sólidos volátiles 9 9 9 9 Coliformes Fecales 1 1 1 1 Parásitos 1 1 1 1 Preservación de las muestras. Luego de tomar las muestras, estas se llevaban a los laboratorios correspondientes donde eran almacenadas en un congelador a una temperatura de 4 °C hasta el momento del análisis. Parámetros analizados. Se midió el oxígeno disuelto, pH, Conductividad eléctrica y temperatura, las medi ciones d fueron realizadas in situ utilizando, un conductivímetro marca HANNA/HI 7032, un peachímetro marca HANNA/HI 8424 y un medidor de oxígeno disuelto marca ORION/830. Además se analizaron en el laboratorio los siguientes parámetros, usando los méto dos especificados en el “Standard method” de la APHA (1). . DQO, nitrógeno total en el Laboratorio de Química de la UNALM. . Sólidos totales, sólidos sedimentables, sólidos fijos, sólidos volátiles en el Laboratorio de Física de la UNALM . Coliformes totales y parásitos en el Laboratorio del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS. • Evaluación de los cultivos.- La evaluación de la vegetación consistió en la medi da del individuo más alto, tamaño promedio de la vegetación por cilindro, numero de individuos y algunas observaciones como la presencia de parásitos o enfer medades. Estas medidas se iniciaron después de dos meses de realizada la siembra, esta evaluación se realizó cada 21 días. Anales Científicos UNALM 90 5. RESULTADOS Y DISCUSIONES • Evaluación del agua residual. Los resultados promedio de los análisis del agua residual cruda y del agua tratada en la salida de cada uno de los sistemas se muestran en el siguiente cuadro: PUNTO DE MUESTREO PARAMETROS Canal Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Agua cruda Carrizo Cyperus Blanco 0.45 4.44 5.5 3.46 8.39 7.46 7.65 7.77 6.36 6.95 8.04 6.53 QUIMICOS Oxígeno Disuelto (mg/l) PH CE (ms/cm) FISICOS (oC) Temperatura Sóolidos totales (mg/l) 18.02 17.97 17.92 18.14 7122.22 7666.67 13688.89 6444.44 % de remoción -7.64 -92.20 9.52 (ml/l) 15.99 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 100.00 (mg/l) 4377.78 4155.56 6155.56 3288.89 5.08 -40.61 24.87 (mg/l) 2744.44 3511.11 7533.33 3155.56 -27.94 -174.49 -14.98 175.39 141.97 314.81 93.59 94.81 88.50 1831.94 117.87 111.32 366.72 93.57 93.92 79.98 Coliformes totales - (NMP/100ml) 5.00E+07 2.30E+03 3.00E+05 5.00E+04 Parásitos * Presentes ausentes ausentes ausentes Sólidos sedimentales % de remoción Sólidos fijos % de remoción Sólidos volátiles % de remoción BIOLOGICOS DQO (mg/l) 2737.12 % de remoción Nitrogeno total (mg/l) % de remoción Nota: * solo se tomó una muestra por punto. • Oxígeno Disuelto Se observa un incremento del oxígeno disuelto en los tres sistemas con relación al agua cruda; estadísticamente todos los sistemas presentan diferencias significati vas entre si y el agua residual cruda. El incremento del oxígeno se debe en una pequeña proporción a la difusión de oxígeno de la atmósfera a la capa superficial del agua del sedimentador; otra fuente de incremento será a través del proceso de la fotosíntesis de las microalgas que se “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 91 encuentran en el agua; también se incrementa por medio de las raíces de las plantas acuáticas que por su estructura hueca transportan el oxígeno producido en el proceso de la fotosíntesis. Lo cual se corrobora con la menor cantidad de oxígeno hallado en el sistema en blanco. • Potencial de Hidrogeniones (pH) En el canal se encontró agua ligeramente alcalina con un valor promedio de 8.39, los tres sistemas redujeron el pH hasta casi valores neutros; el carrizo redujo el pH hasta 7,43, el cyperus a 7.65 y el sistema en blanco a 7.77. Estadísticamente son diferentes los valores del canal con respecto al resto de los sistemas. • Conductividad eléctrica (C.E.) Todos los valores de C.E. son bastante altos, esto es debido a que el agua potable del la UNALM es salina, con un promedio de 3.5 ms/cm; al ser utilizada en la limpieza de corrales se incrementa por la incorporación de la orina y excremento de los animales. En este parámetro se pudo observar un pequeño incremento en los sistemas de carrizo y blanco, en concordancia con el incremento de los sólidos por la presencia de algas. En el sistema con cyperus el incremento fue mayor que en los otros dos casos. • Temperatura del agua La temperatura del agua se comporto según la temperatura ambiental obteniéndose agua ligeramente más fresca en los sistemas de carrizo y de cyperus. En este parámetro no existen diferencias estadísticamente significativas. • Demanda química de oxigeno (DQO) La reducción en la DQO fue buena en los tres sistemas, en el sistema con cyperus el porcentaje de reducción fue de 94.81%, en el sistema con carrizo de 93.59% y en el sistema en blanco de 88.5%, lo que nos indica que el cultivo de cyperus incrementa la remoción de la DQO. También se puede deducir que la presencia de plantas acuáticas favorece la remoción de la materia orgánica Estadísticamente las diferencias entre los tres tratamientos no son significativas a pesar de existir diferencias en los resultados. Existen valores tanto en el carrizo como el cyperus en los que la reducción es del 100% lo que no ocurre en el sistema en blanco donde la reducción máxima fue de 97.62%. Anales Científicos UNALM 92 • Nitrógeno total La reducción del nitrógeno total fue buena en los tres sistemas observándose una mayor remoción en los sistemas con plantas con porcentajes de reducción de 94.05% para el carrizo y de 93.30% para el cyprus. Estadísticamente sólo existen diferencias con los valores del canal, a pesar del 20.36% de aporte de las plantas de cyperus y de 19.61% de las plantas de carrizo. • Sólidos totales Los sólidos totales sólo fueron reducidos por el sistema en blanco en un 10.56% y en los otros sistemas se incrementaron. En el sistema con carrizo se incremento en 6.5% y en el sistema con cyperus en un 90.1%. Estadísticamente sólo el incremento de los valores del cyperus es significativo con respecto al canal y a los otros dos sistemas. Este incremento fue debido al gran numero de algas que se encontraron en el efluente. Se supo de la presencia de las algas debido al color verdoso que presentaba el agua y luego se pudo comprobar la presencia de un gran numero de algas cuando el agua fue observada en el microscopio. • Sólidos suspendidos. En los sólidos suspendidos se puede observar una considerable reducción, obteniéndose un porcentaje de reducción de 95% en el sistema con cyperus, 90% en el sistema en blanco y 80% en el sistema con carrizo. A pesar que sólo se tomo una muestra se puede observar que el las plantas de cyperus son más eficientes en la depuración de los sólidos suspendidos. • Sólidos fijos. La reducción de los sólidos fijos en el sistema con carrizo es insignificante, (5.08%) mientras que en el sistema en blanco se reduce en un 24.89%. Sin embargo en el sistema con cyperus se observa un incremento del 40.64%, a pesar que estos valores no sean estadísticamente significativos. Los sólidos fijos son los residuos del agua después de la calcinación a 550°C, es decir luego de la combustión de la materia orgánica. Es de esperar que el medio filtrante del pantano queden atrapados un buen porcentaje de sólidos suspendidos (fijos), sin embargo en este caso se pudo observar gran cantidad de algas las cuales pueden incrementar la cantidad de sólidos. • Sólidos volátiles Los sólidos volátiles son la perdida de la materia orgánica después de la calcina ción, es decir que es lo inverso a los sólidos fijos. En estos resultados se puede observar que el mayor de los promedios es el del cyperus seguido del carrizo y luego por sistema en blanco. El incremento de sóli- “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” 93 dos volátiles en los sistemas de tratamiento puede tener su origen en el crecimiento de algas en el tanque sedimentador, las que fueron lavadas y recolectadas con el agua al final del tratamiento. En este parámetro sólo son estadísticamente significativas las diferencias con el sistema de cyperus. • Sólidos sedimentables La reducción de los sólidos sedimentables fue del 100% en los tres sistemas, lo que significa que el tanque sedimentador funcionó correctamente y que los humedales funcionaron como filtros que evitaron el paso de partículas relativamente grandes. Este parámetro no depende del cultivo, mas bien depende de la granulometría del sustrato. Los resultados de este parámetro se muestran en el cuadro N° 16 del anexo. • Coliformes totales Sólo se pudo realizar un análisis de coliformes totales, de acuerdo a este análisis se pudo observar que la reducción de los coliformes totales fue mejor en el sistema con carrizo deduciendo de 5.0E+0.7 a 2.3E+03, en el sistema con cyperus a 3.0E+05 y en el sistema en blanco a 5.0E+04. • Parásitos El análisis de parásitos sólo se realizó una vez por lo cual estos datos no son muy confiables. La reducción de los parásitos fue del 100% en los tres sistemas, en el análisis de concentración y lavado solo se analizan los sedimentos obtenidos después de la centrifugación y el efluente de los sistemas no presenta sedimentos. • Evaluación de los cultivos. Se pudo observar a simple vista que el cultivo del carrizo no tuvo buena adaptación, presentando tallos bastantes delgados, falta de vigor, hojas de color morado, cianóticas en bordes y cantidades considerables de enfermedades; llegando a una máxima población de 29 plantas. Esto pudo deberse a la alta concentración de sales o que el nivel del agua es muy alto para el cultivo. El carrizo necesita mayor área por el crecimiento lateral de su rizoma. El cultivo de cyperus al contrario del anterior mostró fácil adaptación y buen vigor, reproduciéndose rápidamente. Las plantas de cyperus crecieron más rápido llegando a adultas en un tiempo de 8 semanas. Los datos sobre el crecimiento de las plantas se muestran en el siguiente cuadro. 94 EVALUACION DE CULTIVOS carrizo fecha 03/05/01 17/05/01 24/05/01 07/06/01 11/07/01 pantano de flujo descendente H max. H prom. tallos tallos (m) (m) vivox muertos 0.58 0.495 23 0.77 0.662 25 0.79 0.67 25 0.8 0.67 25 0.81 0.67 29 3 3 3 3 4 pantano de flujo ascendente H max. H prom. tallos tallos fenologia (m) (m) vivos muertos 1.1 0.702 22 6 1.29 0.715 23 7 1.29 0.72 28 7 1.32 0.71 28 7 1.68 0.75 27 8 observaciones enfermedades hokas moradas fecha 03/05/01 17/05/01 24/05/01 07/06/01 11/07/01 pantano de flujo descendente pantano de flujo ascendente H max. H prom. tallos tallos H max. H prom. tallos tallos fenologia (m) (m) vivox muertos (m) (m) vivos muertos 0.84 0.65 98 6 0.78 0.715 102 12 inicio de la floración 0.86 0.79 129 8 0.82 0.75 107 15 plena floración 0.86 0.81 132 8 0.82 0.78 108 17 1.07 0.85 140 10 0.83 0.78 110 17 1.15 0.87 169 11 0.92 0.79 133 17 observaciones pulgones Anales Científicos UNALM cyperus “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA GRANJA DE PORCINOS DE LA UNALM” • 95 Evaluación del sistema. La operación del sistema fue bastante buena con algunas dificultades en la eliminación final de los efluentes de los tres sistemas ya que se tenia que estar pendiente constantemente de la eliminación del agua para evitar posibles inundaciones. Otra dificultad que se presentó en el manejo fue el control del caudal ya que era muy pequeño; este control se realizó de manera iterativa abriendo o cerrando la llave y luego de 10 ó 15 minutos (hasta que se regule el caudal) se media el caudal a la salida del sistema; esta medición se realizó por el método volumétrico. Se presento gran número de mosquitos especialmente en el tanque sedimentador. En los primeros meses que funcionó el sistema el numero de mosquitos fue mayor que los últimos meses, esto se debe al cambio de temperatura. La presencia de olores fue nula, excepto en la toma del canal en la cual se acumulaban los sólidos del agua de desagüe y estos se descomponían rápidamente. Se presentaron atoros en las coronas de ingreso a los pantanos de flujo descendente; pero este problema se solucionó colocando una malla a la salida del sedimentador. Se presentaron algunas inundaciones en la zona del tanque sedimentador; debido a caudales altos en el canal de desagüe. 6. CONCLUSIONES 1) La capacidad depuradora de los tres sistemas es bastante buena, estadísticamente no se encontraron diferencias significativas entre los evaluados para cada sistema. Sin embargo se pudo observar que el sistema con cyperus mostró una acción depuradora superior a los demás sistemas en la medición de los parámetros de DQO, nitrógeno total, oxi-geno disuelto y pH a pesar que no existan diferencias estadísticas entre estos parámetro 2) El cyperus se adaptó fácilmente mostrando gran vigor. El carrizo, en cambio, se mostró débil, con enfermedades y plagas, haciéndonos suponer que la salinidad del agua pudo afectar su desarrollo. 3) El comportamiento físico de los sistemas fue bastante bueno ya que no se presentaron problemas de funcionamiento ni olores, pero si se encontró la presencia de mosquitos en el tanque sedimentador. 4) Se observo gran cantidad de algas en el tanque sedimentador y en el efluente se pudo determinar su presencia bajo observación en el microscopio. 5) No se pudo evaluar el comportamiento hidráulico del sistema debido al pequeño caudal de operación en los humedales, es así que no se pudieron medir las pérdidas de caudal debido a la evapotranspiración ni cambios en la conductividad hidráulica debido a la colmatación del sustrato. Anales Científicos UNALM 96 6) De acuerdo a los resultados obtenidos se puede afirmar que el sistema funcionó satisfactoriamente, lográndose mas de 90 % de eficiencia en remoción de DQO y nitrógeno total, lo que garantiza una disminución de la carga contaminante del efluente. 7. RECOMENDACIONES 1) Continuar con estos experimentos adicionando los análisis de coliformes fecales, fósforo y nitrógeno amoniacal e incrementar las repeticiones de coliformes totales y sólidos en suspensión. 2) Evaluar este sistema en aguas de menor salinidad para que el efluente pueda ser usado con fines de agricultura. 3) Usar plantas halófitas, capaces de acumular sales del agua, con afluentes salinos. 4) Sembrar lentejas de agua en el tanque sedimentador para cubrir toda la superficie del tanque y evitar de esta manera la presencia de mosquitos y zancudos. 5) Evaluar el experimento en las diferentes etapas vegetativas de los cultivos así como en las diferentes estaciones del año. 6) Tomar también como punto de muestreo la salida del sedimentador para poder evaluar la capacidad depuradora del sedimentador y de los humedales independientemente. 7) Evaluar las diferencias entre los humedales de flujo vertical descendente y los de flujo vertical ascendente. 8. BIBLIOGRAFÍA 1. 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Colombia. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ Consuelo Romero1 y L. Stroosnijder2 ABSTRACT Erosion processes and their impact are driven by a multitude of bio-physical factors that are not well understood in the Andean highlands. The first attempt to assess soil erosion rates in Peru was made by Felipe-Morales et al. (1977) using runoff plots. Since then, very few erosion investigations have followed and reference to Andean soil erosion is often criticised because of the lack of quantitative data. Lack of understanding of causes and effects of erosion also hampers the development of appropriate conservation strategies. Obviously, there is a need for a better quantitative understanding of erosion processes at the hillslope scale for onsite impact assessment and at the watershed scale for off-site impact assessment. A powerful modern tool to achieve such understanding is the physically based WEPP-model that has replaced older empirical approaches such as the USLE. However, the high data demand of this model in combination with the lack of local data hampers the application of WEPP. A new cost-effective three-step methodology for multiscale data collection is proposed and being tested in La Encañada watershed (Cajamarca - Peru). The first step consists of a broad investigation of all WEPP input parameters at the watershed scale followed by an uncertainty analysis. The first results show that only 12 % of the rainfall events are larger than 10 mm. However, this category represents 46% of the precipitation. Showers > 10 mm can be very erosive and soil loss seems more related with physical soil properties than with slope angle or slope length. Whether WEPP predictions are well in absolute quantitative terms is not so relevant in this stage. Our area specific uncertainty analysis will determine which parameters need further field work and with what accuracy (and price) these parameters need to be collected. In the second and third step of the procedure measured runoff and soil loss will then be used for validation of the model in absolute terms. RESUMEN Los procesos erosivos y su impacto están manejados por una multitud de factores biofisicos que son pobremente entendidos en las laderas de la sierra del Perú. La primera aproximación 1 2 Profesora Clase “C”. Departamento de Suelos. Facultad de Agronomía. UNALM. Professor. Department of Environmental Sciences. Wageningen University and Research Center. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 99 para analizar las tasas de erosión de suelos en nuestro pais fue realizado por Felipe-Morales et al. en 1977 usando parcelas de escorrentía. Desde entonces muy pocas investigaciones en erosión han continuado y la alusión a la erosión en los Andes es a menudo criticada por la falta de datos cuantitativos. La falta de conocimiento de las causas y efectos de la erosión también pone en peligro el desarrollo de apropiadas estrategias de conservación. Obviamente, hay una necesidad por un mejor entendimiento cuantitativo de los procesos erosivos a nivel de parcela como de cuenca para analizar mejor los efectos in situ como fuera del lugar. Una moderna herramienta que ayuda a mejorar este conocimiento es el modelo WEPP (Proyecto de Predicción de la Erosión Hídrica) basado en procesos fisicos, el cual está reemplazando modelos empíricos tales como la Ecuación Universal de la Pérdida del Suelo (USLE). Sin embargo, la alta demanda de datos combinado con la falta de datos locales ponen en riesgo la aplicación de WEPP. Es por este motivo que una nueva metodología para la colección de datos a diferentes escalas es propuesta y está siendo comprobada en la cuenca del río La Encañada (Cajamarca-Perú). El primer paso consiste en una amplia investigación de todos los parámetros necesarios para el modelo a la escala puntual, dentro de la cuenca, seguida por un análisis de inseguridad. Los primeros resultados muestran que, por ejemplo, sólo 12% de los eventos de lluvias son mayores de 10 mm. Sin embargo, esta categoría representa el 46% de la precipitación. Las lluvias mayores de 10 mm pueden ser muy erosivas y la erosión parece estar más relacionada con las propiedades físicas del suelo que con la inclinación y longitud de la pendiente. Si bien las predicciones del modelo WEPP son buenas en términos cuantitativos absolutos, no lo son aún en esta etapa. Un futuro análisis de inseguridad determinará qué parámetros requieren más estudio de campo y con que precisión (y costo) estos parámetros necesitan ser colectados. En el segundo y tercer paso, la erosión y escorrentía evaluadas serán, entonces, usados para validar el modelo en términos absolutos. Introducción En muchos países, el proceso de erosión es la forma más importante de degradación del suelo, siendo el agua la mayor fuerza de transporte. La pérdida de suelo de un área agrícola, la pérdida de la estructura del suelo y la disminución en el contenido de materia orgánica y nutrientes resultan en una reducción de la fertilidad del suelo (Morgan, 1995). En el Perú, la erosión hídrica es un problema en la producción agrícola que ha reducido la cantidad de tierras cultivables (Felipe-Morales et al. 1977). Sin embargo, es notable que muy pocos datos cuantitativos de erosión sean disponibles asi como la existencia de un bajo entendimiento de los procesos y causas que promueven la erosión en las áreas andinas (Stroosnijder, 1997). El tipo y calidad de datos difieren por país. En el Perú, los datos de Felipe-Morales et al. (1977) son casi los únicos disponibles, reportando 5 [Mg ha-1 año-1] de suelo perdido en parcelas de escorrentía como un máximo valor en la zona andina. Sin embargo, fuentes de otros países andinos reportan una variación en la tasa de erosión que van de 1 a 800 [Mg ha-1 año-1] bajo los diversos ecosistemas de los Andes. La tasa de erosión parece depender del uso de la tierra más que en el tipo de suelo. Condiciones de barbecho, pastos y campos abandonados a veces promueven el riesgo de escorrentía y erosión en relación a los campos cultivados debido a la baja cobertura vegetal, formación de costras y a la compactación de suelos (Stroosnijder, 1997). 100 Anales Científicos UNALM Es sabido que la pérdida del suelo está relacionada a las lluvias, en parte a través del poder disgregante de las gotas de lluvia que golpean la superficie del suelo y por otra parte a través de la contribución de la lluvia a la escorrentía. La intensidad es generalmente considerada la característica más importante de las lluvias que influyen en la separación y salpicadura de las partículas del suelo (Hillel, 1998; Morgan, 1995). Desde nuestra perspectiva se puede afirmar el carácter torrencial de las lluvias en la zona andina. Sin embargo, la erosividad de las lluvias es desconocida desde que los análisis de lluvias no son realizados en una forma rutinaria. Obviamente, hay una necesidad por un entendimiento cuantitativo de los procesos de erosión cuando su impacto es analizado. Una poderosa y moderna herramienta que apoya en tal entendimiento es el modelo basado en procesos físicos, WEPP (Proyecto de Predicción de la Erosión Hídrica). El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) desarrolló el WEPP para la predicción cuantitativa de la erosión en laderas y en pequeñas a medianas cuencas. Este modelo está empezando a reemplazar los modelos empíricos previamente utilizados por el USDA, tal como la USLE (Nearing et al. 1994). Sin embargo, está aún en la fase de prueba y debe ser utilizado con precaución hasta que los tipos de ambientes, en donde el modelo brinda resultados confiables, sean claramente identificados (Soto, 1998). El modelo describe los procesos de la disgregación, transporte y deposición de las partículas del suelo debido a fuerzas mecánicas e hidrológicas actuando en una ladera o en una cuenca. Sin embargo, la alta demanda de datos que requiere este modelo combinado con la inaccesibilidad o falta de datos locales pone en peligro la aplicación de WEPP. Una metodología especial en tres fases será desarrollada para la colección de datos y la validación del modelo. Ésta está siendo probada en la cuenca del río La Encañada, Departamento de Cajamarca. La fase uno consiste en una amplia investigación de todos los parámetros a nivel de puntos dentro de la cuenca seguido por un análisis de inseguridad. Este análisis proveerá los resultados, soporte para el segundo paso que consiste en la validación del WEPP aplicado a laderas. En el tercer paso, la versión aplicada para cuencas será validada usando el conocimiento y la experiencia ganados en los pasos previos. El WEPP será entonces usado para recomendar estrategias de conservación apropiadas para la región. En este artículo se describe el primer paso de nuestro análisis a multiple escalas. Se llevó a cabo un inventario de todos los datos necesarios para el modelo en la cuenca de La Encañada. El análisis de inseguridad se diferencia del de sensibilidad en que sólo es usada la variación local de las variables a utilizarse en el modelo (autor). Por lo tanto, nuestro análisis de inseguridad es específico para nuestra localidad mientras que un análisis de sensibilidad podria haber sido independiente del lugar de aplicación. Un análisis de inseguridad permite un análisis real del efecto de un parámetro en los estimados de erosión predichos por el modelo. El modelo WEPP 99 WEPP es un modelo basado en procesos físico-hidráulicos asi como también en los procesos de erosión que calcula la erosión y la escorrentía en forma diaria. Posee dos versiones, la versión para laderas y la versión para cuencas. Está basado en los fundamentos de infiltración, escorrentía superficial, crecimiento vegetal, descomposición de residuos, hidráulica, labranza, manejo y mecánica de la erosión y consolidación del suelo. Incluye la capacidad EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 101 de estimar las distribuciones espaciales y temporales de la pérdida neta de suelos y la extrapolación a un amplio rango de condiciones los cuales no serían prácticos o económicos de ser probados en el campo (Nearing et al. 1989). Aunque WEPP fue desarrollado como una herramienta de predicción, éste contiene una completa sección de crecimiento de cultivos. Esto se debe a que la cobertura vegetal tiene gran importancia en la erosividad (la agresividad de las lluvias). El ciclo vegetativo no siempre va a la par con el ciclo de las lluvias, de tal modo que la simulación dinámica de la vegetación es necesaria para una adecuada predicción de erosión. Los principales datos para simular con WEPP (versión para laderas) necesitan ser especificados en cuatro archivos o bases de datos: un archivo de clima, un archivo de suelos, un archivo de pendiente y un archivo de manejo. El archivo de clima requiere valores diarios de precipitación, temperaturas máximas y mínimas y radiación solar. Además de la cantidad de precipitación, el modelo requiere tres variables relacionadas a la intensidad de lluvias, los cuales son utilizados para calcular las tasas de exceso de lluvias, es decir la escorrentía. El archivo de pendiente consiste de una secuencia de elementos de pendiente con propiedades uniformes con respecto al flujo superficial, los llamados Elementos de Flujo Superficial (OFE). Éstos están definidos como “porciones dentro de una ladera con un suelo, cultivo y manejo homogéneos” y son las unidades básicas para el modelamiento de los procesos hidrológicos superficiales, de erosión y de crecimiento vegetal. El archivo de manejo contiene información necesaria para definir condiciones iniciales, prácticas de labranza, parámetros del crecimiento vegetal, manejo de residuos y manejo de cultivos. Este es el archivo con el mayor número de parámetros. El modelo contiene tres parámetros de erosión, uno para la erosión entre surcos y dos para la erosión dentro de los surcos. La remosión de las partículas de suelo entre los surcos ocurre por el impacto de la lluvia (salpicadura) y por la escorrentía, como se describe a continuación: Di = Ki (i*q) donde, Di: Ki: i: q: es la remosión de partículas entre surcos [kg m-2 s-1] es la erodabilidad entre surcos [kg s m-4] es la intensidad de lluvias [m s-1] es la tasa de escorrentía [m s-1] El valor de erodabilidad entre surcos (Ki) fue calculado usando funciones que relacionan los componentes del suelo (Flanagan y Nearing, 1995). Para suelos conteniendo 30% o más de arena, el Ki = 2728000 + 192100*VFS y para suelos que contienen menos de 30% de arena, Ki = 6054000 + 55130*CLAY, donde VFS es el porcentaje de arena muy fina y CLAY es el porcentaje de arcilla. La remosión de las partículas del suelo debido al flujo de agua en un surco es proporcional al exceso de esfuerzo de corte hidráulico que el agua ejerce sobre las paredes de los surcos y puede ser descrito por: Dr = Kr (T-Tc) en el cual, Anales Científicos UNALM 102 Dr: Kr: T: es la remosión en los surcos [kg m-2 s-1] es la erodabilidad en los surcos [s m-1] es el esfuerzo cortante hidráulico [kg m-1 s-2] = g* d*S donde, g: d: S: Tc: es la gravedad [kg m-2 s-2] es la profundidad del flujo [m] es la inclinación de la pendiente [ø] es el esfuerzo de corte crítico [kg m-1 s-2] La erodabilidad en el surco (Kr) y el esfuerzo cortante crítico (Tc) fueron calculados utilizando funciones que relacionan a los componentes del suelo (Flanagan y Nearing, 1995). Para los suelos con un contenido mayor de 30% de arena, el Kr = 0.00197 + 0.0030*VFS + 0.03863*EXP(-1.84*ORGMAT) y el Tc = 2.67 + 0.065*CLAY – 0.058*VFS. Para los suelos con un contenido menor a 30% de arena, el Kr = 0.0069 + 0.134*EXP(-0.20*CLAY) y el Tc = 3.5. ORGMAT es el porcentaje de materia orgánica en la superficie del suelo y CLAY es el porcentaje de arcilla. Materiales y Métodos Los datos fueron colectados en la cuenca del rio La Encañada, de 6000 has de dimensión. Esta área está localizada en la zona andina, a 40 km al este de Cajamarca en el norte del Perú. Está localizada entre los 7º 0’21”S y 7º 8’2”S de latitud sur y los 78º 11’22”W y 78º 21’31”W de longitud oeste. La elevación es entre 2950 y 4100 msnm. El área puede ser dividida en tres zonas. La primera, aquella zona en la parte norte con suelos oscuros debido a la acumulación de materia orgánica, que corresponde a una altitud mayor de 3500 msnm. La vegetación está conformada principalmente por pastos naturales. La zona por debajo de ésta (3000 a 3500 msnm) es el área más importante para los cultivos anuales y donde la mayor parte de la agricultura es realizada. Las áreas con las pendientes más empinadas y con rasgos de erosión, presentan los suelos medianamente desarrollados hasta suelos más jóvenes. La última zona (<3000 m) es la más cercana a las riberas del río y está situada en los valles bajos. Esta zona es usada principalmente para pastos. Clima Los datos climáticos diarios fueron obtenidos para los cuatro años de evaluación (1995-1998) a partir de tres estaciones meteorológicas localizadas en La Encañada, pertenecientes a la Asociación Civil Para el Desarrollo Forestal de Cajamarca (ADEFOR) y el Centro Internacional de la Papa (CIP). Los datos climáticos principales de las estaciones meteorológicas de La Toma (3590 m), Usnio (3260 m) y Las Manzanas (3020 m) son presentadas en la Tabla 1 y la distribución mensual promedio de la precipitación es presentada en la Figura 1. Los datos diarios de precipitación, temperaturas máximas y mínimas y radiación solar más tres variables relacionadas a la intensidad de lluvias fueron determinadas para cada evento diario de lluvia. Estos datos conformaron la base de datos del modelo WEPP, para el lapso de estos 4 años. Finalmente, la intensidad promedio de las lluvias fueron calculados en base a los pluviogramas EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 103 correspondientes; las máximas intensidades fueron también calculadas para cada evento de lluvia. La Figura 2 muestra la relación existente entre la cantidad y la intensidad promedio de las lluvias. Pendiente Un modelo digital de elevación (DEM) de La Encañada fue utilizado para determinar las clases de pendiente de la zona. La mayor parte del área de esta cuenca, que corresponde a un 65% de la superficie, tiene un gradiente de pendiente menor a 15% (Figura 3). Sin embargo, las pendientes muy pronunciadas están también presentes y a menudo se encuentran cerca a las riberas del río La Encañada, de tal modo que la erosión hídrica contribuiría directamente a la carga de sedimentos del río. Suelos Basados en el DEM y en el mapa de suelos disponible a una escala de 1:10,000, fue realizado un estudio de suelos en campo. Ocho calicatas fueron excavadas en lugares que representaran los suelos más comunes en el área de estudio. En el laboratorio, los parámetros físicos y químicos fueron analizados para la capa arable. Los tres parámetros de erodabilidad fueron calculados usando las funciones que relacionan a los componentes del suelo. La conductividad hidráulica fue medida directamente en el campo usando un infiltrómetro de tensión SMS (Tabla 2). Análisis adicionales fueron hechos para las capas más profundas; sin embargo, los datos no son mostrados aqui. Manejo Ningún inventario de manejo de suelos ha sido llevado a cabo. Para el análisis de inseguridad, asumimos que el suelo permanece sin cobertura vegetal. Esto provee una estimación superior de la erosión desde que la cobertura vegetal, los residuos vegetales, la compactación, asi como otros factores usualmente reducen la erosión. El análisis de inseguridad En la Tabla 3, los valores máximos y mínimos de los datos que ingresan al modelo WEPP son mostrados. En un análisis de inseguridad, la variación de los resultados del modelo son evaluados al cambiar los valores de los datos ingresados desde el mínimo hasta el máximo observado. Debido a que se ha visto que los datos ingresados no son independientes, decidimos no llevar a cabo un análisis de inseguridad restringido. Al contrario, se definieron ocho combinaciones de condiciones que están más relacionadas. Muchas de las interrelaciones tienen que ver con las tres zonas altitudinales antes mencionadas. La Tabla 4 provee detalles de estos ocho escenarios. Para todos los escenarios la condición de suelo desnudo fue escogido para determinar la vulnerabilidad del suelo expuesto a las fuerzas erosivas de una lluvia natural. Cada escenario usa la información climática de la estación meteorológica más cercana a ellas. El WEPP fue utilizado en el modo de simulación contínua para predecir la erosión y escorrentía durante cuatro años consecutivos. Cada escenario fue considerado como un elemento de flujo superficial (OFE) y tuvieron su propio juego de archivos ingresados. Para el caso de clima, uno de los tres archivos existentes es tomado. Los archivos de pendiente y suelos fueron creados para cada escenario con datos tomados en el campo, especificando el ángulo de inclinación, el largo y ancho de la ladera y la condición de la pendiente (cóncavo, convexo, plano). Resultados y Discusión Se ha estudiado los efectos de la cantidad de lluvia e intensidad, condiciones del suelo, gradiente y longitud de la pendiente en la erosión del suelo y la escorrentía bajo la condición de suelo desnudo. Los resultados seleccionados son descritos a continuación. Cantidad de lluvia La lluvia total promedio por año alcanzó los 546 mm en La Toma, 508 mm en Usnio y 434 mm en Las Manzanas. El promedio para toda La Encañada es de 500 mm por año. Esto indica que el área puede ser clasificada como semi-árida. La cantidad anual es distribuída en más de 100 eventos por año. Según los datos, hay un 90% de posibilidad que una lluvia no exceda los 10 mm. Por lo tanto, el promedio de la cantidad de las lluvias deben ser más bien pequeñas. De hecho, el 34% de los eventos registrados son menores a 1 mm. Todas estas pequeñas lluvias juntas representan sólo el 3% de las lluvias anuales. Importante para la erosión es que el 12% de los eventos (cerca de 13 lluvias por año) son mayores que 10 mm. Esta clase representa el 46% de la lluvia anual, con un promedio de cantidad de lluvia de 18 mm. Más información sobre el análisis de frecuencias de lluvias se puede apreciar en la Tabla 5. Intensidad de lluvias La Figura 2 muestra que hay sólo dos eventos donde la intensidad excede los 100 mm hr-1. Otras intensidades fuertes coinciden con lluvias pequeñas (<10mm). Entonces, para las lluvias erosivas más grandes (>10mm) las intensidades correspondientes son realmente bajas. La inquietud salta inmediatamente para preguntarnos cuanta lluvia es requerida para inducir una erosión significativa. Hudson (1981) reporta un dato, basado en sus estudios realizados en Zimbabwe, de 25 mm/h, un valor que también ha sido encontrado apropiado en Tanzania (Rapp et al. 1972) y Malasya (Morgan, 1974). Apreciando la Figura 2 podemos darnos cuenta que aproximadamente 15 eventos son mayores de 25 mm/h, considerando todas las intensidades registradas. Escorrentía La Figura 4 muestra la escorrentía simulada como una función de la cantidad de lluvia. El modelo WEPP seleccionó estas lluvias de una base de datos de 4 años el cual contiene cerca a 400 eventos para cada una de las tres estaciones. La tendencia general es esperada: más escorrentía a mayor cantidad de lluvia. Sin embargo, aparecen algunas diferencias tales como aquellas encontradas en los escenarios 7 y 8, ambos utilizando la base de datos de Las Manzanas. El escenario 7 muestra con dificultad alguna escorrentía mientras que el escenario 8 muestra, para lluvias de 10 mm, una fracción de escorrentía del 60%. La Tabla 2 sugiere que la conductividad hidráulica puede ser responsable para esta gran diferencia. En el escenario 8 este parámetro tiene su valor más bajo y en el escenario 7 su valor más alto. Una diferencia en EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ la conductividad hidráulica efectiva también tiene más influencia que la diferencia entre pendientes. En el escenario 8 la pendiente es de sólo 2% mientras un 34% en el escenario 7. La conductividad hidraúlica es afectada por las propiedades físicas tales como la textura así como por la estructura, y puede variar grandemente dependiendo de cuan variable sean los suelos estudiados (Hillel, 1998). Pérdida de suelo La figura 5 muestra el rango de erosión, resultado del análisis de inseguridad hecho por WEPP, producida por la precipitación sobre los suelos sin cobertura vegetal. La unidad del eje vertical es kg m-2. Nótese que 1 kg m-2 (unidades que también usa WEPP) es igual a 10 [t ha1 ] (unidad más práctica) e igual a 10 Mg ha-1 en el sistema internacional de unidades. Un dato puntual fue omitido de la Figura 5 debido a que este punto reducía mucho la escala vertical, arriesgando la visualización de todos los otros puntos. El 27 de noviembre, 1997 (inicios del Fenómeno El Niño) un evento de erosión de 59 kg m-2 (equivalente a 590 t ha1 ) fue predicho para el escenario 6 debido a una lluvia de 43 mm. Este alto valor excepcional puede ser atribuído al hecho que hubieron lluvias durante los 8 días previos, de tal modo que la condición de humedad de tal suelo era el de saturación. Los escenarios bajo la influencia de la estación de Usnio presentaron los valores de erosión más altos. Esto puede ser debido a que la estación instalada en esta localidad registró a un 17% de los eventos como > de 10 mm, representando un 57% de las lluvias anuales (Tabla 5). Así mismo, la Tabla 2 muestra que los suelos de estos escenarios contienen altos valores de limo. Los suelos limosos tienden a tener valores de erodabilidad más altos desde que las partículas son fácilmente disgregadas y transportadas, comparadas con los suelos arenosos y arcillosos (Lal y Elliot, 1994). Generalmente uno esperaría un incremento en la erosión con el incremento del ángulo de la pendiente. Sin embargo, una clara tendencia no pudo ser observada en el presente trabajo. Se puede concluir, a partir de la Figura 5 que, en general, la erosión se incrementa con la talla del evento de lluvia. Las lluvias más grandes contribuyen más. Bajo una lluvia promedio > de 10 mm podemos asumir una erosión promedio de 4 kg m-2 (40 t ha-1) para los suelos más sensibles (escenarios 3 y 6). Con cerca de 13 lluvias mayores de 30 mm, por año, la erosión anual es por lo menos 500 [t ha-1], lo cual representa un alto valor. Esto implicaría una pérdida anual de cerca de 3.5 cm del suelo superficial. Nótese que este estimado de erosión anual es del mismo orden de magnitud como aquel reportado durante el evento El Niño, del 27 de noviembre de 1997. Longitud de la pendiente Los cálculos anteriormente hechos fueron realizados en unidades de flujo superficial (OFEs) con una longitud entre 30 y 50 m (Tabla 4). Las longitudes de pendientes reales son más largas y deberían ser modeladas con un número de OFEs en secuencia. Esto no ha sido 106 Anales Científicos UNALM realizado aún pero será parte del segundo paso en nuestro análisis a múltiple escala. Para investigar la sensibilidad de la longitud de la pendiente, presentamos algunos datos en la Figura 6. Este muestra un incremento de dos veces la erosión debido a un incremento de cuatro veces la longitud de la pendiente para el escenario 6. Conclusiones Las cantidades anuales de lluvias y la distribución de lluvias en el año no parecen ni excesivas ni dramáticas en la cuenca La Encañada y el gran número de eventos de lluvias rebaja a un promedio bajo la cantidad de lluvia por evento. Existe una importante escorrentía en el área especialmente, como era esperado, para las lluvias mayores de 10 mm. Los estimados de erosión son dramáticos, por lo menos para condiciones de no cobertura vegetal como fue definida al principio. El estimado máximo anual de erosión fue de 500 [t ha-1año-1] equivalente a cerca de 3.5 cm de la capa arable para el más sensible de los suelos (escenarios 3 a 6). El análisis de inseguridad ha indicado una alta sensibilidad para la conductividad hidráulica efectiva y para la humedad inicial del suelo. El ángulo de la pendiente parece jugar un rol menor mientras que el efecto de la longitud de la pendiente permanece incierto. Las funciones que fueron usados para calcular los tres parámetros principales de erodabilidad necesitan ser comprobados para los suelos típicos de La Encañada. Los resultados presentados en este artículo son sólo los primeros de una evaluación de escorrentía y erosión usando el WEPP. Desde que no se cuenta con valores medidos de erosión y escorrentía, no podemos concluir que los estimados del WEPP sean los correctos. La validación del WEPP será considerada en el segundo y tercer pasos del análisis a múltiple escala de este estudio de erosión. Referencias Bower, H. 1969. Infiltration of water into nonuniform soil. Journal Irrigation and Drainage Div., ASCE 95 (IR4):451-462. En: M.A. Nearing, B.Y.Liu, L.M. Risse y X. Zhang. 1996. Curve numbers and Green-Ampt effective hidraulic conductivities. Reprinted from Journal of the American Water Resources Association, Vol 32, No.1. Felipe-Morales,C., R. Meyer, C. Alegre y D. Berrios (1977). Losses of water and soil under different cultivation systems in two peruvian localions: Santa Ana (central highlands) and San Ramón (central high jungle); p.489-499, in Lal, R. and D. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 107 Greenland (eds.), Soil physical properties and crop production in the tropics. Wiley, Chichester, UK. Flanagan, D.C., and M.A. Nearing. 1995. USDA-Water Erosion Prediction Project (WEPP). WEPP users summary. NSERL Report No.10. USDA-ARS National Soil Erosion Research Laboratory, West Lafayette, Indiana. Hillel, D. (1998). Environmental Soil Physics. Academic Press. USA. Hudson, N. W. (1981). Soil Conservation. London, Batsford. En: R.C.P. Morgan (1995). Soil Erosion and Conservation. Second Edition. Longman Group Limited. Lal, R. (1994). Soil Erosion. Research Methods. Second Ed. Soil and Water Conservation Society. Lal, R. and W. Elliot. (1994). Erodibility and Erosivity. In: Lal, R. 1994. Soil Erosion. Research Methods. Second Edition. Soil and Water Conservation Society. Morgan, R.C.P. (1974). Estimating regional variations in soil erosion hazard in Peninsular Malaysia. Malayan Nature Journal 28: 94-106. En: R.P.C. Morgan. (1995). Soil Erosion and Conservation. Second Edition. Longman Group Limited Morgan, R.P.C. (1995). Soil Erosion and Conservation. Second Edition. Longman Group Limited. Nearing, M.A., B.Y.Liu, L.M. Risse y X. Zhang. 1996. Curve numbers and Green-Ampt effective hidraulic conductivities. Reprinted from Journal of the American Water Resources Association, Vol 32, No.1. Nearing, M.A., L.J. Lane and V.L. Lopes. 1994. Modeling soil erosion. In Lal, R. (editor), 1994. Soil Erosion. Research Methods. Second Ed. Soil and Water Conservation Society and St. Lucie Press. Nearing, M.A., G.R. Foster, L.J. Lane and S.C. Finker. 1989. A process-based soil erosion model for USDA-water erosion prediction project technology. Transactions of the ASAE (Vol. 32, No.5, pp. 1587-1593). Rapp A., V. Axelsson, L. Berry, D.H. Murray-Rust. 1972a. Soil erosion and sediment transport in the Morogoro River Catchment. Geografiska Annaler 54-A: 125-55. En: R.P.C. Morgan. (1995). Soil Erosion and Conservation. Second Edition. Longman Group Limited. Stroosnijder, L. 1997. Andean Erosion Control: a science perspective. International Potato Center (CIP), Lima, Peru - Wageningen Agricultural University (WAU), The Netherlands. Soto, B and Diaz-Fierro. 1998. Runoff and soil erosion from areas of burnt scrub: comparison of experimental results with those predicted by the WEPP model. Catena 31 (1998) 257-270. Anales Científicos UNALM 108 Tabla 1. Descripción climática de las tres estaciones meteorológicas en La Encañada, pro medio de los 4 años de estudio. Estación meteorológica Radiación Solar diaria (MJ/m2) Máxima temp. diaria (°C) Mínima temp. diaria (°C) Precipitación Total (mm) 18.3 16.2 5.9 430 Las Manzanas Usnio 19.2 14.2 6.1 510 La Toma 19.9 10.8 550 550 Tabla 2. Características de la capa arable de los escenarios evaluados dentro de la cuenca Parámetros Unidades S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 Arcilla % 6 4 32 23 16 28 29 45 Arena % 71 77 35 45 32 24 33 20 Limo % 23 19 33 32 52 48 38 35 Arena muy fina % 19.5 17.8 5.11 9.2 16 20.4 12.7 3.6 Materia orgánica % 3.8 4.2 4.8 2.3 4.9 1.3 1.9 3.6 meq. 100g1 18.1 10 21.1 14.1 18.1 19.1 11 25.1 0.94 0.89 1.79 2.14 0.98 0.34 5.36 0.12 CIC Conductividad hidráulica efectiva* mm h-1 Erodibilidad entre surcos 106 kg s m-4 6.5 6.1 3.7 4.9 5.8 6.6 5.2 3.4 10-3 s m-1 7.7 7.3 3.5 5.3 6.8 12.0 7.0 3.1 Pa 1.93 1.90 4.5 3.6 2.8 3.5 3.8 3.5 Erodibilidad en surcos Esfuerzo de corte *C.H. efectiva = C. hidráulica /2 (Bouwer,1969) EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 109 Tabla 3. Valores mínimos y máximos de los requerimientos de entrada al modelo WEPP encontrados en La Encañada Mínimo Máximo Clima La Toma Cantidad de lluvia (mm) 0.1 40.5 0.05 121.9 0.1 53.3 0.04 150 0.1 34.8 0.02 141.6 2 53 % Arcilla 4 32 % Arena 20 77 % Limo 19 52 % Arena muy fina 3.6 20.4 % Materia orgánica 1.3 4.8 CIC (meq. 100 g-1) 10 25.1 0.12 5.36 Erodabilidad entre surcos (1106 kg s m-4) 0.5 6.6 Erodabilidad en surcos (10-3 s m-1) 3.1 12 Estress de corte (Pa) 1.9 4.5 Intensidad (mm.h-1) Usnio Cantidad de lluvia (mm) Intensidad (mm.h-1) Las Manzanas Cantidad de lluvia (mm) Intensidad (mm.h-1) Pendiente (% ) Suelos Conductividad hidraulica efectiva (mm h-1) Manejo d esn u d o d esn u d o Anales Científicos UNALM 110 Tabla 4. Características de los ocho escenarios usados en el análisis de inseguridad. Escenario de suelo Clima Altitud (m.s.n.m) Pendiente (% ) Longitud del OFE (m) 1 S1 C1 (La Toma) 3676 20 50 2 S2 C1 (La Toma) 3646 11 50 3 S3 C1 (La Toma) 3542 53 50 4 S4 C2 (Usnio) 3462 16 40 5 S5 C2 ( Usnio) 3424 35 40 6 S6 C2 (Usnio) 3348 31 50 7 S7 C3 (Manzanas) 3084 34 30 8 S8 C3 (Manzanas) 3049 2 50 Tabla 5. Análisis de frecuencia de los eventos de lluvia. < 1mm 1 - 10 mm 10 - 20 mm > 20 mm Total Promedio an u al 205 265 44 11 527 132 % del total 39 50 8 2 100 mm por clase 91 120 603 287 2183 % del total 4 55 28 13 100 No. de eventos 121 210 52 14 397 % del total 30 53 13 4 100 mm por clase 51 830 710 439 2030 % del total 2 41 35 22 100 No. de eventos 134 236 35 8 413 % del total 32 57 8 2 100 mm por clase 54 969 484 231 1737 % del total 3 56 28 13 100 La Toma No. de eventos 546 U snio 99 508 Manz anas 103 434 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 111 112 Anales Científicos UNALM Precipitación (mm) Fig. 2. Relación entre la cantidad (mm) y la intensidad promedio (mm de lluvias en La Encañada h-1 ) Fig. 3. Distribución de las pendientes en La Encañada Pendientes EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 113 114 Anales Científicos UNALM Precipitación (mm) Fig. 4. Precipitación vs escorrentia simulada por WEPP 115 Fig. 5. Precipitación vs erosión simulada por WEPP Precipitación (mm) EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO DE EROSIÓN WEPP BAJO CONDICIONES DE LOS ANDES: CASO LA ENCAÑADA - PERÚ 116 100 50 Š 25 0 0 Precipitación (mm) Fig. 6. Efecto de la longitud de la pendiente en la erosión simulada bajo condiciones del escenario 6 Anales Científicos UNALM Erosión simulada (kg m -2) 75 SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO Efraín Malpartida1, Liliana Meneses F.2 Isaías Merma M.3 RESUMEN El estudio fue efectuado en el distrito de Huayopata, provincia de La Convención, departamento del Cusco, ubicada en la vertiente oriental de la cordillera de Los Andes, es una zona típica de Selva Alta, con una superficie total de 938 km2 constituye el 2.7% de la superficie provincial. La zona fue colonizada desde 1902 por la migración de campesinos de la sierra andina del Cusco, Puno y Apurímac; la ocupación del territorio fue hecha sin planificación con pocos recursos económicos del agricultor y sin apoyo del estado. Los objetivos del presente trabajo son determinar y caracterizar los sistemas de producción agrícolas prevalecientes en la zona así como desarrollar un diagnóstico que sirva como documento base para futuros proyectos de desarrollo. Se aplicó el método de investigación diagnóstico que recomienda la FAO para las zonas rurales de latinoamérica, los temas tratados fueron: Historia agraria, Características socio productivas y organizativas, zonificación agroecológica, tipología de productores. Se ha determinado cuatro zonas homogéneas de producción: alta, media, baja y montañosa, las cuales presentan características ecológicas y productivas comunes. Se han encontrado siete sistemas de producción: SPI: Asalariados agrícolas, SPII: Pequeña agricultura, Tipo SPIII: Mediana agricultura, SPIV: Agricultura y extracción forestal, SPV: Pequeña ganadería, SPVI: Agricultura y otra actividad remunerada, SPVII: Agricultura y comercio. 1 2 3 Docente Departamento de Fitotecnia – Facultad de Agronomía – UNALM Docente Departamento de Fitotecnia – Facultad de Agronomía – UNALM Docente Facultad de Ciencias Agrarias Tropicales - UNSAA del Cusco. Anales Científicos UNALM 118 SUMMARY This study was done in Huayopata district, La Convencion, in the departament of Cusco, located in the eastern source of the Andes. This is a typical Selva Alta Zone with a total area of 938 km2 that constitutes about 2.7% of the province land. This district was colonized in 1902 by migration of peasants from Cusco, Puno and Apurimac. The sizing of this area was made without any previous thougth, few economic resource from the farmers side and without the support from the government. The main objective was to determine and describe the farmyng systems (FS) which are still prevailing in this area as well as to acquire a diagnosis that might work as a basic document for future projects of developement. The method of research-diagnosis, wich is recommended by the FAO for latinamerican rural areas was applied. The topics discussed were: Agrarian history, socioproductive and organizing characteristics, agroecological zonification and farmers typology. Four homogeneous zones of production have been determined: high, medium, low and mountain like, wich present common ecological and productive characteristics. Seven farmyng systems have been recognized: FS I Payed peasants, FSII Small scale agriculture, FS III Medium scale agriculture, FS IV Agriculture and wood extraction, FS V: Small scale livestock, FS VI Agriculture and another paying activity and FS VII : Agriculture and trade. I. Introducción: Después de muchos estudios realizados en la Selva Alta, de los cuales los resultados no fueron favorables, se acordó en realizar trabajos de investigación que incentiven al desarrollo de las zonas de intervención, para poder brindar una real opción de apoyo al poblador. El desarrollo sostenible amazónico es la frase de moda en estos últimos tiempos. Es posible alcanzarlo solamente si se logra enfocar esta realidad como un sistema frágil y complejo en el cual cualquier intervención antrópica podría causar daños irreversibles. Además de los bosques vírgenes, también se tienen áreas intervenidas y colonizadas donde la actividad principal es la agropecuaria. Es allí donde se hace necesario la búsqueda de alternativas productivas que sean ecológicamente sustentables y económicamente rentables para el productor. El presente estudio tiene como propósito identificar, mediante un enfoque sistémico, los sistemas de producción de Huayopata, en la Convención - Cusco, ubicado en la región Selva alta del Perú. Huayopata es una de las zonas con fuerte intervención antrópica, en donde existe el reto de mejorar la productividad. Siendo un reto tecnológico el manejar los suelos, mejorar el manejo de cultivos, buscar nuevas técnicas, sistemas, etc., el diagnóstico brindará nuevas bases para la elaboración de futuros proyectos de desarrollo en la zona.el diagnóstico brindará nuevas bases para la elaboración de futuros proyectos de desarrollo en la zona. SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO II. 119 Revisión de Literatura 2.1 Del enfoque de sistemas Esta Teoría tiene como fundamento la noción de un todo el cual es superior a la suma de sus partes y posee un estatus organizacional más elevado que ellas. El sistema puede ser definido como el conjunto de elementos con interacción dinámica y organizados a varios niveles en función de un objetivo (Rosnay, 1975) y con un comportamiento distinto e identificable (Spedding, 1971), conformando una única unidad funcional o conceptual (Dillon, 1976). De esta manera, no es posible estudiar o analizar un sistema considerando aisladamente sus componentes, porque es la interrelación e interacción de ellos lo que produce su integridad organizacional y su identidad. El enfoque de sistemas, entonces, reconoce la indivisibilidad de todo el sistema y el hecho de que no puede dividirse sin perder su identidad organizacional, asimismo el comportamiento de cada parte afecta a las propiedades del sistema como un todo, y cada parte depende a su vez de alguna propiedad de las otras partes para mantener sus propias características y efectos en el todo (Reinoso, 1990). 2.2 Del Sistema de Producción Por muchos años ha existido la tendencia a fraccionar, aislar y tratar en subdivisiones los distintos elementos productivos que ocurren en los predios familiares con el propósito de promover su desarrollo mediante esfuerzos aislados por cultivos o crianzas e incluso a veces tomando en cuenta solamente los elementos de éstos solamente (Quijandría, 1990). Muchos de los “paquetes tecnológicos” que se aplicaban mostraron no solo el estancamiento del pequeño productor, a pesar de sus impresionantes resultados a corto plazo, pues a la larga, en muchos casos y en muchos países, se obtuvo el deterioro de la condición productiva y económica del productor. Por esto surge la necesidad de una alternativa al enfoque tradicional de investigación y desarrollo agrícola (Quijandría, 1990) Este enfoque tradicional no tomaba en consideración las condiciones socioeconómicas de las explotaciones antes de la difusión de los paquetes tecnológicos que se proyectaban aplicar en ellas (Ruf, 1987). Asimismo presentaban ausencia de retroalimentación para el control y verificación de metodologías aplicadas y resultados obtenidos. El enfoque sistémico se muestra así como la alternativa que presenta como principal interés, una visión global del sistema de producción. (Gastellu et al, 1990). El agricultor combina en un sistema de producción los elementos constitutivos de su explotación: las producciones vegetales y animales estructuradas en sistemas de cultivo y sistemas de crianza respectivamente para garantizar la reproducción de su explotación. Considera asimismo las posibilidades ofertadas por los medios de producción y la fuerza de traba- Anales Científicos UNALM 120 jo disponibles en su entorno socioeconómico y ecológico, además de los objetivos que él se ha planteado (Ruf, 1987). Uno de los componentes del sistema de producción es la unidad de producción la cual está referida a la familia campesina, constituye un sistema integrado por ella y otras unidades cuyas estructuras y funcionamiento son parecidas, poseen recursos productivos (parcelas de cultivo o de pastos, producción artesanal, etc) cuyo objetivo es el de garantizar la supervivencia y reproducción de sus miembros. (Quijandría, B.; Morales, M.; 1990). El tipo de sistema de producción que practican y la clase de explotación (estatus social y dimensión) a la que pertenecen viene a ser las características que las distingue tanto en el aspecto técnico económico como en el aspecto social respectivamente (Mazoyer, 1994). Las actividades agropecuarias se realizan en zonas de producción caracterizadas por un conjunto de asociaciones (sucesiones) vegetales (Cavero, 1987), con determinados recursos (agua, cultivos, crianzas, etc.) (Mayer, citado por Valero, 1992); y un conjunto de itinerarios técnicos que reflejan las potencialidades y limitaciones de la interacción entre el medio físico y la organización social y económica (Cavero, 1987). Una zona de producción se identifica con un medio físico (altitud, topografía, disponibilidad de agua de riego), modificado por infraestructuras (sistemas de riego, terrazas), los sistemas de cultivo y las asociaciones vegetales dominantes y el tipo de tenencia de la tierra (Hervé, 1987). Es decir, las zonas de producción se determinan en función del medio físico y del medio social a la vez. 2.3 De la Selva Alta peruana. Llamada también Ceja de Selva o Rupa rupa, se extiende desde los contrafuertes orientales de la cordillera de los andes hasta donde mueren sus últimas estribaciones para dar paso a la llanura amazónica propiamente dicha o selva baja. Esta zona se caracteriza principalmente por terrenos accidentados, alturas que fluctúan entre 400 a 1000 msnm, separados por valles poco anchos y de gran longitud. Además presenta quebradas y ríos torrentosos con lechos pedregosos y estrechos, muy sinuosos de orillas escarpadas y generalmente rocosas, poco profundos y de caudal muy variable, el cual puede aumentar o disminuir en pocos minutos u horas. La vegetación es variada, existiendo más de 200 especies por hectárea, existen decenas de especies madereras óptimas para la ebanistería, como la caoba, tornillo, moena, ishpingo, etc. También cultivos como plátano, cítricos, te, café, palma aceitera entre otros. La fauna es muy variada, existiendo la sachavaca, el tapir, venado, sajino, huangana, aves como pava de monte, gallito de las rocas, guácharo o lechuza y el Paujil, además de loros, guacamayos, tucanes, etc. Entre los reptiles se tiene el challgua – lagarto, la shushupe, etc. Las precipitaciones fluctúan entre 3000 a 8000 mm al año y generalmente son suaves pero persistentes, prolongándose muchas veces por varios días, especialmente cerca de la SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO 121 cordillera por donde llueve casi todos los días y el cielo permanece nublado constantemente a muy baja altura, dificultando la visibilidad hacia las alturas. Llueve copiosamente de noviembre a abril (“invierno”) y la precipitación se torna escasa entre mayo y octubre (“verano”). El clima es cálido y húmedo, el calor es intenso en el día y disminuye en la noche hasta producir una cierta sensación de frío. No existen aguajales, cochas ni barriales. III. Materiales y Métodos. 3.1 La Zona de Estudio El Distrito de Huayopata está ubicado en la Provincia de la Convención, Departamento del Cusco, en la microcuenca del río Lucumayo. Se sitúa en la vertiente oriental de la cordillera de los Andes, en la región natural de ceja de selva o selva alta. Geográficamente se encuentra entre los 13°00’y 13°15’ de Lat. Sur y los 72°15’ y 72o45’ de Long Oeste. En el Mapa No. 1 se observa los límites; en el norte con el distrito de Maranura, al sur la provincia de Urubamba, al este el distrito de Ocobamba y al oeste el distrito de Santa Teresa. Huayopata posee una superficie de 938 km2. Los poblados de mayor importancia son Huyro (capital distrito), San Pablo, Huayopata-Rodeo, Sicre, Amaybamba, Iyapi, Alfamayo entre otros. 3.2 Materiales. • • • • • • 3.3 Fotografías aéreas e imágen satélite. Mapas de Ubicación: ecológico, hidrológico, carta nacional Registros meteorológicos de 15 años (1965 a 1980) SENAMHI Cédulas de encuestas para productores agrarios IX Censo nacional de población y IV de Vivienda, 1993 - INEI III Censo Nacional Agropecuario 1994 - INEI Metodología de investigación. El método de investigación - diagnóstico- fue empleado en este estudio, por el periodo 98/99, con el fin de identificar los sistemas de producción en Huayopata; se enfocan los procesos productivos de acuerdo a la teoría de sistemas. Mediante el diagnóstico se identifica y analiza la estructura que caracteriza el funcionamiento del sistema, sus interrelaciones, limitantes, etc. lo cual hará posible determinar las necesidades de investigación e intervención adecuada. Las etapas del estudio comprendieron el reconocimiento del ámbito de manera bibliográfica y cartográfica, la elaboración de la encuesta preliminar, zonificación y mapa base; recorrido del territorio, aplicación y replanteo de encuestas, aplicación de encuestas definitivas, procesamiento de la información obtenida, identificación y caracterización de los sistemas de cultivos identificados, estudio de caso, análisis económico y conclusión final. 122 Anales Científicos UNALM SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO 3.3.1 123 Encuesta. Se elaboró una encuesta formal (cuestionario previamente estructurado), para recoger información de las actividades del productor, la familia y la zona de estudio. Se entrevistó a una muestra de agricultores en función a la pertenencia o no y a las cooperativas existentes en el distrito. Los jefes de familia de 32 unidades fueron objeto de la entrevista. Las empresas cooperativas ubicadas en diferentes zonas agroecológicas constituyeron las unidades primarias de muestreo. Para cada empresa se elaboró el padrón de socios, los que constituyeron las unidades secundarias de muestreo; éste padrón se obtuvo al azar una muestra de agricultores. Luego se aplicó la encuesta a cada agricultor seleccionado por cooperativa. Las variables evaluadas fueron: Condición del productor, tenencia de la tierra, ubicación espacial del fundo, actividad del jefe de familia, recursos por unidad familiar (área de terreno, ganado, principales cultivos, recursos naturales),origen del ingreso familiar, producción (autoconsumo, venta), otras actividades no agrícolas, nivel de producción total. 3.3.2 Zonificación Agroecológica. Mediante el uso de material cartográfico se procedió a la fotointerpretación de fotografías aéreas, demarcando unidades homogéneas de acuerdo al análisis de patrones fisiográficos, y se elaboró el mapa base. Luego en campo se realizó un reconocimiento general de la zona de las unidades delimitadas en el mapa base, así como un muestreo de suelos de cada unidad identificada, medición de variables climáticas y la observación de la vegetación característica correspondiente a cada zona. Finalmente se elaboraron los mapas de fisiografía, relieve, pendientes, zonas bioclimáticas y cobertura vegetal. 3.3.3 Análisis Estadístico. Los datos obtenidos en la encuesta fueron codificados y sistematizados. Se realizó un análisis multivariado (de conglomerados) para la identificación de los grupos o tipos de unidades familiares de producción y por tanto los sistemas de producción en Huayopata. Posteriormente, cada grupo se analizó y explicó a través del estudio estadístico simple (medias y coeficientes de variación) de las principales variables consideradas. IV. Resultados y Discusión 4.1 Antecedentes. En toda la región sur oriental del país los campesinos fueron los protagonistas principales de un intenso proceso de cambio que conllevó a su consolidación agraria. En los años 50 y 60, los campesinos sufren confrontaciones por el control de la tierra y mano de obra, siendo favorecidos finalmente los campesinos. En los años 70, la economía campesina ingresa al cooperativismo integrándose varios tipos de empresas asociativas organizadas por la reforma agraria (Baca, 1989) dedicadas principalmente a la producción de té y café, otras a la comercialización de frutas, explotación de madera y crianza de ganado vacuno y porcino. Las nuevas empresas Anales Científicos UNALM 124 entran rápidamente en crisis económica y entonces se conforman las actuales Cooperativas Agrarias de Usuarios. Los principales cultivos en la zona desde principios de siglo fueron coca, café, y caña de azúcar procesada para obtener aguardiente y chancaca; la ganadería fue también una actividad importante. Posteriormente se introdujo el cultivo de té en Huyro, para pasar a ser un cultivo de interés por los beneficios económicos de los productos de su industrialización. Debido a ello se extiende en todo el distrito siendo Huayopata pionero en la industria del té en el Perú (Figueroa de mar, 1984) 4.2 Caracterización de la Zona de Estudio. 4.2.1 Fisiografía. Se encuentra una fisiografía accidentada, abrupta y colinosa. Según el Mapa No. 2 existen las siguientes unidades fisiográficas: Terraza media (pendiente 0 a 2%) TM1 Terraza media (pendiente 2 a 4%) TM2 Terraza alta (pendiente 0 - 2%) TA1 Terraza alta (pendiente 2 a 4 %) TA2 Abanico (pendiente moderada a fuertemente inclinada) MDA2 Abanico (pendiente moderadamente empinada) MDA3 Pie de monte (pendiente moderado a fuertemente inclinado) MDP2 Ladera de montaña (pendiente moderada a fuertemente inclinada) MSB2 Ladera de Montaña (pendiente moderadamente empinada) MSB3 Ladera de Montaña (pendiente empinada) MSB4 Ladera de Montaña (pendiente muy a extremadamente empinada) MSB5 4.2.2 Topografía y Suelos. El relieve es muy accidentado por encontrarse en las estribaciones de la cordillera oriental en su vertiente atlántica. Presenta una altitud desde 4,200 msnm hasta los 1,200 msnm. La capacidad de uso mayor de los suelos se define por las pendientes adecuadas para las labores productivas: la pendiente varía entre 0 y hasta más de 70% en laderas de montaña, se halla con mayor frecuencia pendiente de 20 a 50%. En relación al recurso suelo, predomina material arenoso, cascajoso y pedregoso en las terrazas y abanicos aluviales, arcilla con materia orgánica en los pie de monte y laderas de montaña. Los suelos presentan una textura general ligera (arena franca, franco arenoso y franco arcillo arenoso). Existe variación en el nivel de fertilidad. Según el análisis de las muestras tomadas existe una fertilidad media y pH ácido. 4.2.3 Clima. Según el comportamiento histórico de las variables temperatura y precipitación, registradas por 15 años en la estación Huyro del SENAMHI, se observa que el clima predominante de la zona en estudio es tropical lluvioso con invierno seco, de tipo B2 A´R (clima húmedo -B2-, megatermal - A´ - con pequeña deficiencia de agua (Alarcón 1991). SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO 125 Anales Científicos UNALM 126 La temperatura registrada indica : T. mínima anual de 13°C T. máxima anual de 25°C T° media anual de 19°C Existe diferencia entre temperatura en el día y noche, con una variación de 10 a 15°C. En los meses de octubre a diciembre se presentan las temperaturas más altas y en mayo a julio se dan las más bajas. Según el balance hídrico en la zona, existe un excedente hídrico en los meses de diciembre hasta abril y un déficit en los meses de junio a setiembre (Alarcon 1991). La humedad relativa es alta en los meses lluviosos de enero (84.7%) y febrero (85.1%) y en los meses más secos julio y agosto alcanza 75.5% y 75.2%, respectivamente. En los meses de julio a septiembre se presentan algunos vientos con regular intensidad. 4.2.4 Ecología. Las zonas de vida identificadas son : • • • • • Bosque seco subtropical transicional a Bosque húmedo subtropical (bs-S/bh-S) Bosque húmedo subtropical (bh-S) Bosque muy húmedo montano bajo subtropical (bmh-MBS) Páramo pluvial subalpino subtropical (pp-SaS) Nival Subtropical (NS). 4.2.5 Demografía y Economía en Huayopata. a. Población.- El distrito tiene una población total de 8,878 habitantes lo cual resulta en una densidad poblacional de 9.5 habitantes/ km2 (INEI, 1993). En el Cuadro N° 1 se muestra la distribución de la población en el distrito de Huayopata según sexo, edad y sector, se aprecia que el 52.7% es de sexo femenino y el 47.3% del sexo femenino y respecto al sector el 18.9% de la población vive en la ciudad y el 81.1% en el campo observándose la importancia de la actividad rural en la zona. Cuadro N° 1. Distribución poblacional en Huayopata. POBLACIÓN TOTAL SEXO EDAD SECTOR 8,878 Hab. 100% 52.7% Hombres 4,676 hab Mujeres 4,202 hab 47.3% 0 - 29 años 5,579 hab 62.8% > 30 años 3,299 hab 37.2% Urbano 1,684 hab 18.9% Rural 7,194 hab. 81.1% Fuente: IX Censo de Población y IV Censo de Vivienda 1993. INEI. SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO b 127 Servicios básicos 1 Educación. Según el IX Censo Nacional de Población y el IV de Vivienda, existe una población mayor de 5 años de edad de 7,757 hab de los cuales el 19.7% no posee ningún nivel educativo, el 1.8% se encuentra en edad escolar, el 45.2% esta en primaria, el 28.2% en secundaria, el 1.4% alcanzó educación superior no universitaria, el 2.1% alcanzó educación superior universitaria y un 1.6% no es pecifica grado alguno de instrucción. 2 La condición de alfabetismo indica que el 76.7% de los 7,757 hab. sabe leer y el 23.2% se encuentra en condición de analfabetismo. 3 Existe una cobertura suficiente de centros educativos estatales tanto de primaria como secundaria (tres), asimismo dos agropecuarios. Cuentan con un instituto superior Tecnológico agropecuario en la localidad de Huyro. 4 Salud. La cobertura de servicios de salud es limitada lo cual se refleja en el pobre estado de salud de los pobladores. Solamente existen dos postas sanitarias escasamente equipadas para atención básica, lo cual obligando a evacuar a los enfermos a Quillabamba o al Cusco cuando se requiere de atención médica especializada. c. Economía. En el cuadro N° 2 se indica la clasificación de la población por condición de actividad económica en Huayopata. En el se aprecia que el 94.6% de la población posee una ocupación y sólo el 5.4% está desocupada. Sin embargo, los ingresos económicos en la mayoría de los casos son exiguos debido a que generalmente se trata de trabajos agrícolas. Cuadro N° 2. Clasificación de la población por condición de actividad económica en Huayopata, La Convención, Cusco. Poblaci ón > 6 años de edad: 7,519 hab. Poblaci ón económi camente acti va (PEA) 3,379(44.9%) Ocupada 3,198 (94.6%) PEA D esocupada 181 (5.4%) PEA Poblaci ón económi camente no acti va 4,140 (55.1%) Fuente: IX Censo Nacional de Población y IV de Vivienda 1993. INEI 4.2.6 a. Actividad Agrícola, Pecuaria y Forestal. Agrícola. Según el III Censo Nacional Agropecuario (INEI, 1994), existe una superficie agrícola de 6,113 has, de las cuales 2,605 has son tierras de labranza y 3,508 has son tierra de cultivos permanentes y asociados. La mayoría de las tierras agrícolas no disponen de una infraestructura de riego, sus cultivos son llevados bajo secano. Anales Científicos UNALM 128 Los cultivos más importantes son té, café, coca, cítricos, frutales y achiote (permanentes) y maíz, plátano, yuca, uncucha, menestras, hortalizas, papa, rocoto, granadilla (transitorios). b. Pecuaria Representada por la ganadería vacuna y en menor proporción otras especies como los ovinos, porcinos, aves de corral para ser comercializadas. La explotación es generalmente extensiva; cada agricultor posee en promedio 1 a 3 cabezas de vacunos y/o porcinos siendo notoria la crianza de cuyes y aves (gallinas, patos y pavos) a nivel familiar para autoconsumo. c Forestal Existe la extracción de madera y leña de bosque primario (montaña) y secundario (purma), siendo las principales especies aprovechadas: las de Montaña: nogal, cedro, atoc cedro, canelón, yanay, romerillo, puca puca, huichullo, wera wera, palo blanco, ajo ajo Purma y chacra: Pacae, palto, níspero, pomarrosa, eucalipto y ciprés. También se realiza apicultura, piscicultura, pesca y caza de animales silvestres. 4.3 Los Sistemas de Producción en Huayopata Según los resultados del análisis multivariado se ha identificado 7 sistemas de producción en Huayopata. 4.3.1 Condición de los productores. En el cuadro N° 3 se muestra la condición de los productores, en él se aprecia que de los productores encuestados el 59.3% son socios de alguna cooperativa, el 28.1% involucra a los productores independientes y el 6.3% son asalariados agrícolas. Esto indica que aún permanece en vigencia el sistema cooperativo a pesar de la crisis que atraviesan. Cuadro N° 3. Condición de los productores en Huayopata. C ON D IC ION N ° PR OD U C TOR ES % Soci o de cooperati va 19 59.3 Productor i ndependi ente 9 28.1 C omi té de producci ón 2 6.3 Asalari ado agrícola 2 6.3 Fuente: encuesta productores Huayopata. 4.3.2 Tenencia de la Tierra. Los resultados de la encuesta indican que el 46.9% de los productores poseen predios debidamente titulados, el resto lo conduce bajo diferentes modalidades: un 28.1% en posesión, un 9.3% mixto (con título + posesión) son productores con dos o más parcelas en sitios diferentes. Alquilados por pago en producto (al partir) para un SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO 129 6.3% de los productores, y un 3.1% con terrenos en litigio, habiendo finalmente un 6.3% sin tierra que son asalariados agrícolas. Asimismo, aún existen pequeños terrenos de propiedad social que pertenecen a las cooperativas y terrenos considerados comunales (pastos naturales). Los conflictos sociales fueron los motivos por los cuales se aceleró la titulación de terrenos. Los predios agrícolas tiene una extensión que varía de 0.5 has hasta más de 50 has., los resultados de la encuesta indican que un 67.3% de los productores tienen predios entre 0.5 a 4.9 has seguido de un 16.8% que tiene predios con una extensión de 5 a 9.9 has. Esto indica que a veces la extensión de terreno es insuficiente para la familia, lo cual genera carencia de empleo y producción para su sostenimiento. 4.3.4 Actividad Principal del Jefe de Familia. De los productores encuestados, el 53.1% se dedica solamente a la agricultura, el 3.1% a la ganadería y el 15.6% realiza ambas actividades agrícola y pecuaria. El 9.4% son asalariados agrícolas sin tierra que tiene como única fuente de ingreso su mano de obra; el 9.4% son empleados públicos (profesores) que complementan sus labores con el trabajo agrícola; también hay obreros de fábrica y comerciantes que también se dedican a la agricultura. 4.3.5 Uso Actual del Suelo. Según el Censo agropecuario del año 1994 del INEI y las estadísticas del Ministerio de Agricultura, hay aproximadamente 5,904.5 has que se dedican anualmente a la producción de cultivos, que representa el 6.3% de la superficie total del distrito. Los bosques en diferente grado de explotación, pastos naturales a veces degradados y zonas de protección como nevados, cumbres, pendientes escarpadas, cauces de ríos y riachuelos, ocupan la mayor parte del territorio. Los cultivos transitorios ocupan áreas bajo secano, los permanentes están bajo sombra de vegetación natural formando sistemas agroforestales. Existen pastos combinados con cultivos. Existen también zonas que están ocupadas de manera inadecuada por cultivos, que ocasiona su degradación, lo cual es inevitable pues el agricultor necesita cultivarlas para poder subsistir. 4.4 Zonas Homogéneas de Producción. En el Cuadro N° 4 podemos observar las 4 zonas homogéneas de producción determinadas según la altitud y el paisaje dominante en el distrito de Huayopata. Asimismo mediante la información cartográfica, la información de actividades productivas se elaboró el mapa de zonas homogéneas de producción (Mapa N°3). Anales Científicos UNALM 130 Cuadro N° 4 ZONA Zonas Homogéneas de Producción. ALTITUD (msnm) CULTIVO DOMINANTE I. Baja 1200 a 1500 II. Media 1500 a 2200 III. Alta 2200 a 4200 Papa, pastos naturales Alfarrayo, Puerto málaga, CAU Sicre, individuales IV. Montañosa 2200 a 3500 Forestales, pastos naturales CAU Huyro 33, Pedregal, Tablahuasi 62 4.5 Café, coca, frutales, hortalizas. Caserios - Empresas ( CAU, APIA) Té, café Chuyamayo, Huayopata, rodeo, Chonta, APIA Chuyamayo, CAU Huayopata. Huyro, Amaybamba, CAU Huyro 33, Luis La Puente Uceda, Cristo Salvador. Tipos de productores. Como se mencionó anteriormente, se han identificado 7 tipos de productores que indican 7 sistemas de producción, los cuales son los siguientes: 4.5.1 Asalariados agrícolas. Los miembros en este sistema no poseen terreno, son peones agrícolas que trabajan para sostenerse recibiendo dinero o comida. Ofertan su mano de obra todo el año, su ingreso es muy bajo. 4.5.2 Pequeña agricultura a. Sistema de cultivo Producción de té a pequeña escala Los miembros tienen de 1 a 5 has, calificado como escasa a mediana extensión. La unidad familiar posee mano de obra conformado por la familia ampliada. Su actividad principal es la producción de Té, se cultiva también café, coca, frutales, papa, y cultivos de pan llevar. Producen para la venta y autoconsumo. Son socios de las cooperativas tealeras, el nivel de ingreso es bajo, ocupa la zona agroecológica media del distrito y es la población rural más numerosa Cultivos Diversos. Los principales cultivos permanentes son té, café y plátano y los anuales el maíz, yuca y uncucha, que se manejan bajo secano. Asimismo poseen pastos naturales. La disposición espacial de los cultivos permanentes es la siguiente: SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO • • • • 131 Té bajo sombra de pacae mono (Inga adenophylla) Té asociado con café bajo sombra de pacae Té asociado con pasto “piosen” Café asociado con plátano Los cultivos anuales como el maíz y yuca se siembran en los meses de setiembre, el suelo es abonado esporádicamente con estiércol de animales; el problema de malezas es importante y requiere alta mano de obra; los problemas fitosanitarios se dan como «ayahuayco» en varios cultivos y ojo de pollo en té, y plagas en almacén. Los rendimientos aproximados son de 3.5 tm/ha en té, 13 qq/ha en café, 10 tm/ha en plátano. No tienen apoyo crediticio ni infraestructura de producción; poseen pocas herramientas y el nivel de asistencia técnica que reciben es baja. La extensión de terrenos es de 1 a 5 has. Se cultiva diversos cultivos como café, coca y frutales para la venta, hortalizas, menestras, raíces y tuberosas y otros productos de pan llevar para el autoconsumo. El nivel de ingresos es bajo. Se ubican en la zona de producción baja. 4.5.3 Mediana agricultura a. Sistema de Cultivo Son medianos tealeros, que poseen una extensión de terreno de más de tres has. Su principal actividad es la producción de té que manejan con mediana tecnología. Requieren de mano de obra estacional y permanente. Se ubican en la zona de producción media. La familia no compensa la necesidad de mano de obra y recurre a contratar peones casi todo el año o alquila parte de su chacra a medias. La actividad principal es la producción de té y otros cultivos como frutales, hortalizas, maíz, papa, yuca, frijol, maní. Asimismo posee terreno en pastos naturales y en zona de bosque. Los cultivos permanentes tienen una disposición espacial como sigue: • • • • • Té bajo sombra de pacae Té asociado con café Té asociado con frutales permanentes Maíz asociado con frijol Maíz intercalado con yuca Los cultivos anuales ocupan terrenos con 5 a 6% de pendiente y de mediana fertilidad. Se mecaniza el terreno en la preparación y se dispone de riego, asimismo se aplica fertlizantes sintéticos y abonos orgánicos. Los problemas fitosanitarios son la “rancha” en papa y la caída de frutos en palto. Los rendimientos de té son de 5,377 kg / ha. Anales Científicos UNALM 132 b. En cuanto al sistema pecuario: Poseen ganado vacuno, pavos, gallinas y cuyes que destinan para el autoconsumo. Los problemas sanitarios en vacunos son diarrea, timpanismo y retención de placenta. Tienen acceso a fuentes de crédito, adoptan tecnología intermedia y disponen de adecuada infraestructura y equipo para manejo y procesamiento de té. 4.5.4 Agricultura y Extracción Forestal Los miembros de este grupo practican la agricultura y la extracción forestal periódica del bosque natural para madera y leña; poseen terrenos en la montaña de más de 3 hás y combinan su producción con cultivos como té y café y productos de pan llevar. Se ubican en la zona de producción montañosa. Requiere de mano de obra eventual. a. Sistema de Cultivo. Poseen té, café, maíz, papa, cucurbitáceas, camote y frijol. La disposición espacial de los cultivos permanentes es como sigue: • • • • Té bajo sombra de pacae Té x café x plátano Maíz x frijol x uncucha x zapallo. Papa en franjas con camote. Los arreglos temporales con en simultáneo, en relevo. Rota y barbecha los terrenos en parcelas de purmas. No dispone de riego. Las plagas se presentan en papa, maíz (cogollero). El rendimiento de té es de apróx. 3,085 kg por ha. El manejo forestal se realiza con el desbosque (roce – tumba – quema). Los suelos presentan pendientes de 5 a 15% y más de 30% . 4.5.5 Pequeña ganadería Los productores realizan su actividad en pastos naturales disponiendo de más de 3 hás, para la cría de vacunos, ovinos y camélidos sudamericanos que se venden en el mercado local. Se ubican en la zona de producción alta. Los terrenos no presentan aptitud agrícola, sus pastos no son cultivados y el ganado para engorde es criollo. El ganado primero se marca, se pastorea y dosifica para controlar parásitos y se vacuna contra fiebre aftosa. El pastoreo se complementa con sales minerales, y no cuentan con establo ni equipo de dosificación. El nivel tecnológico es medio, accediendo a fuentes de crédito de banca privada. 4.5.6 Agricultura y otra actividad remunerada Los productores alternan sus actividades agrícolas con la función de profesor en los centro educativos estatales. Los terrenos lo poseen por compra o herencia; asimismo existen empleados de fábricas de té que también administran sus tierras. SISTEMAS DE PRODUCCION DE TROPICO - SELVA ALTA: EL CASO DE HUAYOPATA, LA CONVENCION, CUZCO 133 Poseen cultivos como te, café, maíz, yuca, frijol de palo, camote y menestras. No disponen de riego. a. Sistema de Cultivo. Los suelos se ubican en laderas o zonas de suave pendiente, de fertilidad media. Siembran en noviembre y aplican abonos orgánicos (guano de isla y estiércol); los problemas fitosanitarios se originan por las hormigas coqui, broca en café. Utiliza pesticidas y herbicidas. Los rendimientos de café son de 25 qq/ha y 6,225 kg /ha en té. La disposición espacial de los cultivos permanentes es : • Té bajo sombra de pacae • Té asociado con café y sombra de pacae • Maíz x yuca • Frijol de palo x frijol. Emplea tecnología media y accede a créditos por miedo de la cooperativa; dispone de mediana infraestructura de producción. 4.5.7 Agricultura y comercio. La actividad principal es el comercio de productos agrícolas y no agrícolas, y administran sus tierras de manera indirecta o directa. Poseen buen nivel eco nómico. Sistema de cultivo. Los cultivos más importantes son té y café. No siembra otros cultivos. Alquila el terreno con té a medias para pago en productos y no utiliza las herramientas y equipo que posee. Posee una tecnología media; dispone de mediana infraestructura y accede a fuentes de crédito. V. Conclusiones Las características climáticas y ecológicas de la zona permite una diversidad de cultivos y formas de manejo del medio. El factor tierra o posesión de la misma indica una tendencia hacia la privatización a pesar de subsistir el sistema cooperativo. Asimismo existe un alto porcentaje (67.3%) de productores del total con pequeñas propiedades que no abastecen sus necesidades primarias. Se identificaron 7 sistemas de producción, los cuales indican la orientación hacia la venta y autoconsumo según el cultivo principal. Los sistemas de cultivo son predominantemente agroforestales, manejando varias especies agrícolas y forestales por área de terreno. El té, café y frutales son los cultivos más importantes para el productor al permitirle un ingreso económico. Asimismo, la actividad pecuaria y forestal complementan las fuentes de ingreso para el productor. Huayopata requiere un ordenamiento del espacio que permita planificar adecuadamente la producción y elevar la productividad y economía del productor. 134 Anales Científicos UNALM VI. Bibliografía. BACA, E. 1989. Las transformaciones de las economías campesinas de la Sierra Sur del Perú. En: Eresue, M.; Gastellu, J.; Malpartida, E.; Poupon, H. (comp). Agricultura Andina : unidad y sistema de producción. UNALM ORSTOM, Ed. Horizonte, Lima. BRACK, A. 1991 La Amazonía, problemas y posibilidades. En: IX Simposio Internacional Anual: El Perú, Medio Ambiente y Desarrollo. Lima, CEPEI. FIGUEROA DE MAR, M. 1984. Huayopata y los orígenes del cultivo del té en el Perú. En revista Waranchis. Cusco. GASTELLU, M. 1989. Unidades de observación y conceptos de interpretación En: Eresue, M.; Gastellu, J.; Malpartida, E.; Poupon, H. (comp). Agricultura Andina : unidad y sistema de producción. UNALM ORSTOM, Ed. Horizonte, Lima. HERVE, D. 1987. Zonas de producción y sistemas de cultivo en la cuenca alta del Cañete En: Malpartida, E.; Poupon, H (comp). Sistemas Agrarios en el Perú. UNALM -ORSTOM Lima. INIA. 1993. IX Censo Nacional de Población y IV de vivienda. Lima 1994. III Censo Nacional Agropecuario. Resultados definitivos. Lima. MAZOYER, M. 1994. Hacia proyectos agrícolas legítimos y eficaces. 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Blume Ediciones, Madrid ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA Greta Rocío Salas Menéndez (1) Manuel Chavesta Custodio (2) RESUMEN La finalidad del presente trabajo fue estudiar la estructura anatómica de tres especies de la familia Myristicaceae provenientes de Villa Rica. La descripción de las características generales, macroscópicas y microscópicas se hizo en muestras secas al aire. En base a la descripción realizada se elaboró una clave de identificación dicotómica facilitando con ello la identificación de las especies. A nivel de las características generales y macroscópicas se encontró cierta dificultad para diferenciar a las especies estudiadas, debido a la similitud de características; siendo el nivel microscópico determinante para la identificación de cada una de las especies. SUMMARY This paper pretends to determine the anatomical structure of 3 species of the family Myristicaceae proceeding from Villa Rica. The descripcion of the general features, macroscopics and microscopics, was based on air dried samples. On the basis of the made description, a key of dicotomic identification was elaborated, facilitating whit it the identification of the species. At level of the general and macroscopics characteristics, a certain dificulty to diferentiate to the studied species was found, due to the characteristic similarity; being the determining microscopic level for the identification of each one of the species. (1) Bachiller en Ciencias Forestales (2) Profesor Principal, Facultad de Ciencias Forestales, UNALM Anales Científicos UNALM 136 I. INTRODUCCION Nuestro bosque tropical presenta una composición florística muy heterogénea que alberga más de 2500 especies maderables lo cual ocasiona problemas de identificación, utilización y comercialización de la mayoría de especies. Por ello, para encontrar los usos probables de la madera de nuevas especies se requiere de una serie de investigaciones tecnológicas, entre las cuales destaca el estudio de la estructura anatómica, ya que identifica con precisión el tipo de madera útil para una determinada aplicación. La familia Myristicaceae está representada en el Perú por 25 especies encontrándose ampliamente distribuida en nuestra Amazonía; existiendo diferentes géneros los cuales son conocidos en el mercado nacional como “cumalas” o “banderillas” según su procedencia; exportándose algunas de ellas como “cumala colorada” (Iryanthera laevis), a di-ferentes países como Argentina, Canadá, Japón, México, Estados Unidos, entre otros (5). El presente estudio pretende contribuir a investigar la estructura anatómica de las especies: Otoba parvifolia (Markgr.) A. H. Gentry; Virola sebifera Aubl. y Virola albidiflora Ducke; así como elaborar una clave de identificación dicotómica basado en las características anatómicas de las maderas. II. REVISION BIBLIOGRAFICA Según Nogueira (11) y Clavijo (1), la familia Myristicaceae está representada en América tropical por 5 géneros tales como Otoba, Virola, Iryanthera, Compsoneura y Osteophlaeun; generalmente distribuidas en las llanuras bajas tropicales. A su vez Detienne (4) y Spichiguer (12), señalan que las maderas de esta familia, generalmente son de madera blanda, ligera y susceptibles al ataque de insectos; caracterizadas por tener perforaciones escaleriformes en número variable, según los géneros y tubos taniníferos dentro de los radios. Según INIA (7), en un estudio realizado en Ecuador, la madera de Otoba parvifolia es de color marrón sin diferenciación entre albura y duramen. Presenta grano recto, brillo elevado, textura media, veteado satinado. Poros difusos, múltiples radiales. Presenta parénquima paratraqueal escaso, radios de dos tamaños distintos; heterocelulares, biseriados y fibras no septadas de pared muy delgada. Estudios realizados en Colombia y Venezuela por INIA (7) y JUNAC (10); describen la madera de Virola sebifera, siendo la albura de color marrón muy pálido, con transición gradual a duramen marrón con estrías oscuras. Presenta grano recto, textura media, veteado con arcos superpuestos y satinado; anillos de crecimiento visibles a simple vista. Poros difusos, múltiples radiales de 2 a 3; presencia de apéndices en ambos extremos; platinas de perforación simples; parénquima vasicéntrico escaso y difuso; radios uniseriados a triseriados, heterocelulares y fibras no septadas con espesor de pared delgado a grueso. Valderrama y otros (14), en un estudio realizado en Iquitos, señalan que la madera de Virola albidiflora es de color pardo claro, grano recto, brillo medio y textura media. Poros difusos; platinas de perforación simple, en algunos casos múltiples escaleriformes; radio en su mayoría uniseriados, heterogéneos tipo I; con tubos taniníferos en forma esporádica y fibras con puntuaciones simples y areoladas. Gimenez (6), señala que los tipos de poros (solitarios, múltiples, geminados y racemiformes) constituyen un elemento ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA taxonómico importante para el diagnóstico de especies, indicando que tanto el diámetro tangencial como su longitud y área neta de poros son valores que se encuentran relacionados con la ecología del lugar y por lo tanto no deben ser analizados aisladamente. Valderrama (13), señala que la anatomía de la madera comprende la anatomía sistemática y la anatomía aplicada. La primera comprende el estudio e identificación de las especies maderables; basándose en las características anatómicas, permitiendo elaborar claves de identificación. La anatomía aplicada, estudia la influencia de la estructura anatómica en las propiedades tecnológicas de la madera, permitiendo explicar las causas correspondientes a la contracción, expansión de la madera y a su alta resistencia mecánica con relación a su densidad; asimismo ayuda a la solución de problemas técnicos del secado, impregnación, trabajabilidad, entre otros. De esta manera la anatomía tecnológica va a reorientar la investigación tanto básica y aplicada; a fin de priorizar en detalle todos los aspectos de uso que posee la madera por sus cualidades basados en su estructura anatómica. Izco (9), indica que las claves permiten la identificación de las familias, géneros y especies que la componen; siendo éstas, un sistema de clasificación cuyo fin es servir de ayuda para la identificación de los distintos grupos taxonómicos por lo que es considerado un sistema artificial. Diversos tipos de claves son usados para la identificación de maderas, así tenemos: la clave dicotómica, tarjetas perforadas e identificación computarizada. Wheeler (15), indica que la clave dicotómica, es uno de los métodos más usuales de identificación; presentando una serie de alternativas de dos opciones, con una o más características usadas para cada par dicotómico. Cada par de alternativas conlleva a otra y así de esta forma se llega hasta el nombre, el cual puede ser especie, género o familia; siendo útil en caso de existir pocas variables de identificación y para material con características completas. Asimismo, éstas claves son útiles para trabajos regionales, para maderas comerciales importantes y para un género o familia en particular. III. MATERIALES Y METODOS El Cuadro 1 presenta las 3 especies estudiadas. La colección de muestras se realizó de acuerdo con la Norma ITINTEC No. 251.008 (8), y la identificación botánica fue determinada en el Herbario MOL. Las muestras dendrológicas y maderables provienen de Villa Rica. Cuadro 1. Especies Empleadas en el estudio Nombre común Nombre científico Sinonimias Cumala blanca, banderilla blanca Virola sebifera Aubl Virola panamensis (Hensl.) Warb. Aguano cumala, banderilla Virola albidiflora Ducke Virola kukachkana L. Willians Otoba parvifolia (Markgraf) Dialyanthera parvifolia Markgraf caupuri, cumala Cumala, aguanillo, banderilla roja A. Gentry 137 Anales Científicos UNALM 138 La descripción anatómica se realizó según la Norma COPANT 30: 1-19 (3). En el Laboratorio de Anatomía de la Madera se llevó a cabo la preparación de probetas, láminas y tejido macerado; empleándose para el ablandamiento de madera el método en agua caliente. Para la preparación del tejido macerado se empleó el método de ácido nítrico al 33%. El análisis estadístico se hizo de acuerdo a lo estipulado en la Norma COPANT N° 30: 1-12 (2); se hicieron mediciones de los elementos xilemáticos y se determinaron los valores promedios. Con la información obtenida de la descripción de características generales, macros-cópicas y microscópicas, se confeccionó una clave dicotómica con fines prácticos de identificación. IV. RESULTADOS Y DISCUSION Los resultados correspondientes a la descripción anatómica se complementan con microfotografías con aumentos de 80 X. (Figuras 1, 2 y 3) Otoba parvifolia (Markgr.) A.H. Gentry “Banderilla roja” Características Generales En condición seca al aire no existe diferenciación entre albura y duramen siendo ambos de color marrón claro. Grano recto, textura fina a media y homogénea, brillo medio, veteado jaspeado. Olor y sabor no distintivos. Anillos de crecimiento muy pocos diferenciados. predominantemente múltiples radiales de 2 a 3 y también escasos solitarios de forma ovalada; clasificados como medianos con diámetro tangencial promedio 113 micras; algunos de ellos se encuentran taponados con gomas de color rojo. Elementos vasculares clasificados como grandes, con una longitud promedio de 1080 micras, ocasionalmente con apéndices en ambos extremos; platina de perforación escaleriforme de 6 a 8 barras y reticular; puntuaciones intervasculares alternas de forma ovalada con apertura inclusa de forma lenticelar. Parénquima Visible con lupa, paratraqueal vasicéntrico unilateral escaso y apotraqueal difuso. Longitudinalmentelas células son alargadas verticalmente no estratificado. Radios Visible con lupa; en la sección tangencial no estratificados, de dos tamaños distintos, cortos, de altura promedio 1436 micras y extremadamente cortos, de altura promedio 320 micras; generalmente biseriados pero también algunos uniseriados. En promedio 10 radios / mm. Heterogéneos tipo III y tipo II en forma escasa. Punteaciones radio-vasculares simples, grandes de circular a ovalada. Presencia de gomas y tubos taniníferos radiales en forma escasa. Fibras Libriformes, con tendencia a la estratificación, clasificadas como largas con longitud promedio de 1608 micras, y espesor de pared de 1.3 micras. Descripción Macroscópica y Microscópica Virola albidiflora Ducke Poros Características Generales Madera de porosidad difusa, visibles con lupa; en promedio 6 poros por mm2, En condición seca al aire la albura es de color pardo claro y el duramen marrón cla- - “Banderilla” ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA ro. Grano recto, textura fina a media homogénea, brillo medio, veteado jaspeado. Olor y sabor ausente. Anillos de crecimiento muy poco diferenciados. Presencia de floema incluido aislado irregularmente distribuido. 139 Fibras Libriformes, no estratificadas, clasificadas como largas con longitud promedio de 1744 micras y espesor de pared de 1.4 micras. Descripción Macroscópica y Microscópica Virola sebifera Aubl. - “Banderilla blanca” Poros Madera de porosidad difusa, visibles con lupa; en promedio 6 poros por mm2, múltiples radiales de 2 y también solitarios de forma ovalada en proporciones similares; algunos de ellos taponados por gomas de color rojo; clasificados como medianos con un diámetro tangencial promedio 112 u. Elementos vascu-lares clasificados como grandes con una longitud promedio de 1137 micras, ocasionalmente con presencia de apéndices en uno o ambos extremos; platinas de perforación de tres tipos escaleriforme con 5 a 7 barras, compleja escaleriforme y reticulada y escasas reticuladas. Puntuaciones intervasculares alternas de forma poligonal y a veces ovalada, abertura inclusa de forma redondeada a lenticular. Parénquima Visible con lupa, paratraqueal vasicéntrico unilateral y apotraqueal difuso. Longitudinalmente las células son alargadas verticalmente, no estratificado. Radios Visibles con lupa, en la sección tangencial no estratificados de altura promedio 1085 micras, clasificados como muy cortos, exclusivamente uniseriados. En promedio 12 radios / mm, heterocelulares presentando además células cuadradas. Las puntuaciones radiovasculares simples alternas grandes de forma ovalada. Presencia de gomas y tubos taniníferos radiales. Características Generales En condición seca al aire no existe diferenciación entre albura y duramen de color pardo claro. Grano recto, textura fina a media y homogénea, brillo medio, veteado jaspeado poco pronunciado. Olor distintivo semejante al olor del choro de mar cuando la madera está húmeda perdiéndose en condición seca; sabor no distintivo. Anillos de crecimiento diferenciados en bandas oscuras mas o menos concéntricas. Descripción Macroscópica y Microscópica Poros Madera de porosidad difusa, visibles con lupa; en promedio 8 poros por mm2, múltiples radiales de 2 y también solitarios de forma ovalada en proporciones similares; algunos de ellos taponados con gomas de color rojo; clasificados como pequeños con un diámetro tangencial promedio de 98 micras. Elementos vasculares clasificados como grandes con una longitud promedio de 866 micras, ocasionalmente apéndices en uno o ambos extremos; platinas de perforación escaleriforme con 3 a 6 barras y simples; puntuaciones intervasculares predominantemente de forma ovalada y también poligonal con disposición alterna, abertura inclusa de forma lenticular y circular. Parénquima Visible con lupa, paratraqueal vasicentrico unilateral y apotraqueal difuso. 140 Anales Científicos UNALM Longitudinalmente las células son alargadas verticalmente; no estratificado. Radios Visibles con lupa; en la sección tangencial son no estratificados, de dos tamaños distintos; muy cortos, de altura promedio 939 micras y extremadamente cortos, de altura promedio 325 micras, generalmente biseriados pero también escasos uniseriados. En promedio 9 radios / mm, heterogéneos tipo II y III. Puntuaciones radiovasculares simples y grandes de forma circular a ovalada. Presencia de gomas y tubos taniníferos radiales en forma esporádica. Fibras Libriformes, estratificadas, clasificadas como cortas con una longitud promedio de 1430 micras y espesor de pared de 1.8 micras. En el Cuadro 2, se presentan los valores estadísticos de las dimensiones de los elementos xilemáticos de las tres especies; dichos valores fueron obtenidos sobre la base de 150 mediciones realizadas por especie. Acorde con las características generales, las tres especies estudiadas poseen características muy similares; siendo las tres de grano recto, veteado jaspeado, brillo medio y textura fina a media; resaltando la diferenciación entre albura y duramen en Virola albidiflora, en tanto las otras dos especies no presentan tal diferenciación. A nivel macroscópico las tres especies presentan porosidad difusa; siendo característica importante la predominancia de poros múltiples radiales en la especie Otoba parvifolia; en tanto las otras dos especies presentan poros múltiples radiales y poros solitarios en proporciones similares; con presencia de gomas en forma parcial en las tres especies. Respecto al parénquima, las tres especies presentan parénquima vasi-céntrico escaso, siendo esta característica de poco valor para diferenciarlas. Una característica resaltante en Virola albidiflora es la presencia de floema incluido en forma aislada, característica no reportada por Valderrama (14). Microscópicamente, en Otoba parvifolia predominan los poros múltiples radiales de 2 a 3, mientras que Virola albidiflora y Virola sebifera presentan poros múltiples radiales de 2 y también solitarios en proporciones similares, característica útil en su identificación conforme lo indica Gimenez (6); quien señala que los tipos de poros constituyen un elemento taxonómico importante para el diagnóstico de las especies. Las tres especies presentan perforaciones escalerifor-mes; asimismo las especie Otoba parvifolia y Virola albidiflora tienen en común perforación reticulada, presentando además esta ultima especie perforación compleja escaleriforme y reticulada; en tanto Virola sebifera presenta perforaciones simples. Resalta en las especies Virola albidiflora y Virola sebifera la presencia ocasional de apéndices en uno o ambos extremos, mientras Otoba parvifolia presenta apéndices en ambos extremos; esta característica concuerda con lo encontrado por Valderrama (14) para Virola albidiflora. Con respecto al parénquima las especies estudiadas presentan parénquima paratraqueal vasicéntrico unilateral y apotraqueal difuso. Referente a los radios la especie Virola albidiflora presenta radios exclusivamente uniseriados, heterogéneos, lo cual es corroborado por Valderrama (14); resaltando además la presencia de células cuadradas importantes en su identificación. Las especies Otoba parvifolia y Virola sebifera se caracterizan por presentar radios predominan- ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA S ec ci ón tra n sversa l 8 0 X S e c ció n tang en c ial 8 0 X Fi g. 1 O toba parvif olia S ecc ión tran sve rsal 80 X Se cc ió n ta ng en c ial 8 0 X Fi g. 2 V irol a a lbidifl ora S ec c ión t r an sve r sal 8 0 X S e cci ó n tan ge n cial 8 0 X Fi g. 3 V irol a sebife ra 141 Anales Científicos UNALM 142 CUADRO 2: ANALISIS ESTADISTICO DE LOS ELEMENTOS XILEMATICOS POR ESPECIE VARIABLE N PROMEDIO DESV. VALOR ESTANDAR MINIMO VALOR MAXIMO C.V. (% ) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 113 6 1436 320 29,6 30 7 2 11 25,2 1,3 1608 1081 32,6 2,9 581,3 99,9 8 10,33 2,51 0,5 1,6 4,9 0,3 218,6 176,9 33,6 1 864 72 14,4 19 2 1 6 13,8 1,25 960 691,2 192 16 3579,5 528 48 79 13 3 16 43,75 2,5 2112 1497,6 29 51 40 31 27 34 36 29 15 19 23 14 16 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 112 6 1085 26,4 14 1 12 23,8 1,4 1744 1137 22,9 1,8 507,1 4,8 8,7 0,1 1,4 5,4 0,3 188 178,8 24 1 216 14,4 3 1 7 13,8 1,3 1190,4 691,2 163,2 10 2763,6 43,2 50 2 16 43,8 2,5 2150,4 1536 21 30 46 18 64 10 11 23 22 11 16 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 98 8 939 325 30,4 29 7 2 9 20,8 1,9 1430 877 23,6 2,7 161,5 95,1 7,7 6,4 2,7 0,4 1,4 4,3 0,7 187,8 173,9 28,8 3 720 96 14,4 18 2 1 6 12,5 1,25 960 422,4 144 16 1536 480 52,8 51 14 2 13 33,8 4,4 2112 1305,6 24 34 17 29 25 22 39 22 15 21 38 13 20 ESPECIE: Otoba parvifolia Diam. tang. poros (u) Nº. poros / mm2 Altura de radio mayor (u) Altura de radio menor (u) Ancho de radio (u) Nº. células altura m ayor Nº. células altura menor Nº. células ancho Nº. radios / mml. Diam. de fibras (u) Espesor de pared Long. fibras (u) Long. vasos (u) ESPECIE: Virola albidiflora Diam. tang. poros (u) Nº. poros / mm2 Altura de radio (u) Ancho de radio (u) Nº. células altura Nº. células ancho Nº. radios / mml. Diam. de fibras (u) Espesor de pared Long. fibras (u) Long. vasos (u) ESPECIE: Virola sebifera Diam. tang. poros (u) Nº. poros / mm2 Altura de radio mayor (u) Altura de radio menor (u) Ancho de radio (u) Nº. células altura m ayor Nº. células altura m enor Nº. células ancho Nº. radios / mml. Diam. de fibras (u) Espesor de pared Long. fibras (u) Long. vasos (u) ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA tiples radiales de 2 poros y solitarios en proporciones similares; perforaciones del tipo escaleriformes con 5 a 7 barras, compleja escaleriforme y reticulada y perforación reticulada; algunas veces con presencia de apéndices en uno o ambos extremos, punteaduras intervasculares alternas generalmente poligonales; con marcada diferenciación entre albura y duramen; ocasionalmente con presencia de floema incluido ............ Virola albidiflora temente biseriados, heterogéneos del tipo II y III; de dos tamaños distintos coincidiendo lo encontrado por INIA (7) para Otoba parvifolia. Es característico para las tres especies la presencia de tubos taniníferos radiales, característica común en dicha familia, según Detienne (4). Las fibras en Virola sebifera se caracterizan por ser estratificadas, en Otoba parvifolia con tendencia a la estratificación y no estratificadas en Virola albidiflora; característica de importancia para la identificación de estas especies. Cabe indicar que las variables cuantitativas comparadas con las cualitativas son menos confiables en la identificación; ya que éstas varían según la ecología, edad y las condiciones de crecimiento del árbol, tal como lo menciona Gimenez (7). Con la finalidad de facilitar la identificación de las especies estudiadas, se ha elaborado una clave de identificación dicotómica que comprende las características generales, macroscópicas y microscópicas. A pesar de ser especies muy parecidas por pertenecer a una misma familia, se encontraron estructuras anatómicas diferenciadas las cuales facilitaron la confección de la clave dicotómica basándose en sus características anatómicas entre las que se encuentran: Fibras, radios, tipo de poros, tipo de platina de perforación, apéndices en los vasos, punteaduras intervasculares y diferenciación entre albura y duramen. CLAVE DICOTOMICA MACROSCOPICA Y MICROSCOPICA 1a Maderas con fibras no estratificadas; radios exclusivamente uniseriados, heterogéneos; presencia de poros múl- 143 1b Maderas con fibras estratificadas y con tendencia a la estratificación; radios generalmente biseriados; heterogéneos, tipo II y III, de dos tamaños distintos; sin diferenciación entrealbura y duramen.....................2 2a. Maderas con fibras estratificadas; poros múltiples radiales de 2 poros y solitarios en proporciones similares; perforaciones escaleriformes con 3 a 6 barras y simples; algunas veces con presencia de apéndices en uno o ambos extremos; con puntuaciones alternas de forma generalmente ovalada; con olor característico a choro de mar ............................................Virola sebifera 2b. Maderas con fibras con tendencia a la estratificación; con predominancia de poros múltiples radiales de 2 a 3 poros; con perforación tipo escaleriforme con 6 a 8 barras y reticulada, algunas veces con presencia de apéndices en ambos extremos; punteadura intervascular alterna ovalada sin olor característico. ............................................................................................. Otoba parvifolia 144 Anales Científicos UNALM IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • A nivel de las características generales y macroscópicas existe cierta dificultad para diferenciar a las tres especies en estudio, debido a la similitud de características; por lo que el nivel microscópico es determinante en la identificación de cada una de las especies. • En la especie Otoba parvifolia predominan los poros múltiples radiales de 2 a 3, perforaciones escaleriforme y reticulada, puntuaciones intervasculares ovaladas; radios biseriados y fibras con tendencia a la estratificación. • La especie Virola albidiflora se caracteriza por presentar diferenciación entre albura y duramen; floema incluido; poros múltiples radiales de 2 poros y solitarios en proporciones similares, perforaciones escaleriformes, compleja escaleriforme y reticulada y perforación reticulada; puntuaciones intervasculares en su mayoría poligonales; radios uniseriados y fibras no estratificadas. • La especie Virola sebifera presenta poros múltiples radiales de 2 y solitarios en proporciones similares, perforaciones escaleriformes y simples, puntuaciones intervasculares ovaladas y poligonales; radios biseriados y fibras estratificadas. • Una característica en común de las tres especies es la presencia de tubos taniníferos radiales. • Efectuar el estudio botánico y anatómico a nivel descriptivo y tecnológico de especies de la misma familia a fin de establecer características importantes de identificación. • En vista de haber encontrado diferentes números de barras de perforación cuya información es escasa a nivel de otros estudios se recomienda hacer énfasis en esta característica en estudios posteriores para corroborar estos resultados • Realizar estudios complementarios de propiedades físico mecánicas, preservación y secado de las especies estudiadas así como estudios de trabajabilidad de las especies estudiadas, a fin de optimizar su utilización. VIII. BIBLIOGRAFIA 1. CLAVIJO B, A. 1979. Algunas observaciones sobre los géneros Dialyanthera y Virola en América tropical. Colombia Forestal. v. 2. p. 13-24. Bogotá (Colombia) (5) 2. COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS. 1972. Maderas: Métodos para realizar el análisis estadístico de las propiedades de las maderas. Esquema 1º de Norma COPANT 30:1-012. 8 p. (6) 3. COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS. 1974. Maderas: Método para la descripción de las características generales, macroscópicas y microscópicas de la madera angiospermas dicotiledóneas. Anteproyecto de norma COPANT 30:1-019. 25 p. (7) 4. DETIENNE, P. 1983. Atlas d’ identification des bois de l’ amazonic ESTUDIO ANATOMICO DE TRES ESPECIES DE “BANDERILLAS” DE LA FAMILIA MYRISTICACEAE PROVENIENTES DE VILLA RICA et des regions voisines. Centre Technique Forestier Tropical. Nogent-Sur Marm (Francia) 640 p. (8) 5. ESCOBAR D, J. 1997. Calculo de rendimiento de calidad de cumala aserrada. Bosques Amazónicos p. 17 (10) 6. GIMENEZ, A. 1993. Rasgos estructurales característicos del xilema secundario de las principales especies arbóreas de la región Chaquena seca. Quebracho. (no. 1) Buenos Aires (Argentina) p. 5 – 14 (12) 7. INIA-OIMT. 1996. Manual de identificación de especies forestales de la subregión andina. Lima (perú) 291 p. (16) 8. INSTITUTO DE INVESTIGACION TECNOLOGICA INDUSTRIAL Y DE NORMAS TECNICAS. 1980. Maderas: Selección y colección de muestras. Lima (Perú). Norma ITINTEC 251.008 11 p. (17) 9. IZCO, J; BARRENO, E; BRUGUES, M. 1997 Botánica. Madrid (España) 781 p. (18) 10. JUNTA DEL ACUERDO DE CARTAGENA. 1981. Descripción general y anatómica de 105 maderas del grupo andino. 442 p. (20) 145 Cali (Colombia) 11. NOGUEIRA B, M. 1992. Anatomía folial de Virola Aublet (Myristicaceae). Boletim do Museu Paraense Emilio Golldi.- Botánica. V.8(1). p. 57-142 (25) 12. SPICHIGUER, R. 1989. Contribución a la flora de la Amazonía del arboretum Jenaro Herrera. Boissera (no. 43) Geneve (Francia) 359 p. (29) 13. VALDERRAMA F, H.. 1996. Influencia de la estructura anatómica en el comportamiento tecnológico de la madera de especies forestales de la Amazonía. Resúmenes.- Conferencia Aporte al Conocimiento Científico y Tecnológico de los Recursos Naturales de la Amazonía. 33 p. (32) 14. VALDERRAMA F, H; ARAUJO L, A; AROSTEGUI V, A. 1989. Estructura anatómica y clave de identificación de 20 especies forestales de la zona de Colonia Angamos, río Yavari y Jenaro Herrera. Iquitos (Perú). 130 p. (33) 15. WHEELER, E; BAAS, P. 1998. Wood identification – A review. IAWA Journal v. 19(3). p. 241-264. Leiden (The Netherlands) USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO Zoila Cruz Burga1 Pedro Vásquez Ruesta2 RESUMEN A través de encuestas y entrevistas se evaluaron cuatro asociaciones rurales asentadas alrededor de las lagunas El Paraíso en el departamento de Lima. El trabajo tuvo como finalidad la caracterización socio económica del área y la descripción de las técnicas empleadas en el aprovechamiento de los recursos. Se determinó que el 45% de los pobladores son extractores de fibras vegetales y el 55% restante se dedica a la agricultura y/o ganadería; el 92% de los residentes depende en mayor o menor grado de los recursos de las lagunas y alrededores; y que los recursos más aprovechados son el junco Scirpus americanus y los peces (69%), la totora Typha angustifolia, Cladium mariscus (46%), las aves (23%) y en menor grado los huevos de aves, el carrizo Arundo donax, los pastos y el pájaro bobo Tessaria integrifolia (23%). ABSTRACT The research was carried out at El Paraíso lagoons, Department of Lima, where four rural settlements were evaluated through surveys and interviews. The aim of the work was to do a socio-economic characterization of the area and to describe the resource utilization techniques. It was found that 45% of the settlers were plant fiber extractors and 55% were dedicated to agriculture and/or cattle ranching; and 92% of the residents depended on some degree on the resources of the lagoons and their surroundings. It was also found that the highest used resources were junco Scirpus americanus and fishes (69%), totora Typha angustifolia (46%), birds (23%) and in lesser degree egg birds, carrizo Arundo donax , pájaro bobo Tessaria integrifolia and other plants (23%). 1 2 Jefe de Prácticas, Facultad de Ciencias Forestales, UNALM Profesor Principal, Facultad de Ciencias Forestales, UNALM USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 147 INTRODUCCIÓN En la costa del Perú existen varios humedales de importancia por los valores y servicios ambientales que brindan a la sociedad; entre estos se pueden nombrar a los Manglares de Tumbes (Tumbes), al estuario de Virrilá (Piura), a la Reserva Nacional de Paracas (Ica), al Santuario Nacional Lagunas de Mejía (Arequipa), a la laguna de Ite (Tacna), a la laguna de Medio Mundo y a las lagunas El Paraíso (Lima). Las lagunas El Paraíso, también conocidas como Playa Chica, es un claro ejemplo ofreciendo a la gente local una gran variedad de recursos y además, posee potencial para actividades de turismo, recreación, investigación y educación. El presente trabajo tuvo por objetivo conocer el grado de dependencia de los pobladores hacia las lagunas y área de influencia; caracterizar las principales actividades económicas realizadas en el área; determinar cuáles son los recursos naturales más utilizados y por último determinar cuáles son los principales problemas y necesidades de los pobladores. ÁREA DE ESTUDIO Las lagunas El Paraíso se formaron a principios de la década del setenta, como consecuencia de las aguas de percolación; de las filtraciones de las áreas agrícolas irrigadas en la parte superior de la laguna; y del drenaje de la irrigación Santa Rosa. Se encuentra ubicada en el distrito de Huacho, provincia de Huaura, Departamento de Lima; aproximadamente a 136 km. al norte de la ciudad de Lima y a 10 Km al sur de la ciudad de Huacho, geográficamente se encuentra entre los paralelos 11º13´- 11º10´ LS; y los meridianos 77º36´ - 77º35´ LO. Según el Sistema de Clasificación de Tipos de Humedales de la Convención Ramsar (Oficina de la Convención Ramsar 2000) la Laguna el Paraíso es un Humedal Marino y Costero con los siguientes tipos de hábitats: playas de arena; pantanos; lagunas costeras salobres; y sistemas hídricos subterráneos. El clima es desértico, cálido y húmedo y según el sistema de clasificación de Holdridge, el área en estudio pertenece a la zona de vida desierto desecado subtropical (dd-S) (INRENA 1995). La vegetación en la laguna es típica de lagunas similares en la costa peruana. Resaltan la totora (Typha sp.), el junco (Scirpus sp.), grama salada (Distichlis spicata) y salicornia (Salicornia fruticosa) (Castro et al 1990). La fauna está representada principalmente por las aves, diferentes autores indican entre 81 y 106 especies diferentes de aves (Riveros 1983; Castro 1984; Castro et al 1990; Velarde 1998; Cruz 2002). También es posible encontrar artrópodos como libélulas, chinches acuáticos y copépodos, y entre la ictiofauna lisas (Mugil sp.), monengues (Dormitator latifrons), mojarrilla (Aequidens rivulatus) (Velarde 1998). METODOLOGÍA En la presente investigación se utilizaron encuestas ( ver Apendice 1) para: a) Conocer el grado de dependencia de los pobladores hacia las lagunas y área de influencia; b) Principales actividades económicas realizadas; c) Tipos de recursos naturales utilizados; d) Problemas y necesidades de los pobladores. 148 Anales Científicos UNALM Fig.1 Detalle del área de estudio USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 149 Las encuestas y entrevistas fueron realizadas en Setiembre de 1999, se evaluaron un total de 4 asociaciones campesinas y agroindustriales ubicadas en forma aledaña al área de estudio, realizándose 13 encuestas a jefes de familia; a través de un cuestionario con 20 preguntas pre-estructuradas. Se entrevistó a todas las personas con residencia permanente en el área de estudio, quienes fueron nuestro público objetivo. El análisis de las encuestas se realizó con ayuda del paquete estadístico Statistical Package for the Social Sciences (SPSS). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las personas entrevistadas (jefes de hogar) se caracterizan por tener un tiempo de residencia de 15 años en Paraíso y sustentan económicamente a 4 personas cada uno. Aproximadamente la mitad de ellos son agricultores - ganaderos y la otra mitad se dedica a la extracción de fibras de junco, totora y carrizo. En cuanto al grado de instrucción el 31% tiene primaria incompleta, 23% primaria completa, 15% secundaria incompleta, 8% secundaria completa y 23% estudios superiores. Tenencia de las tierras El área de la laguna es de propiedad del Estado y los terrenos eriazos aledaños actualmente se encuentran pasando por un período de titulación a través del Proyecto Especial de Titulación de Tierras y Catastro Rural del Ministerio de Agricultura (PETT). Las tierras de protección aptas para usos forestales según sectorización hecha en 1978 por la Dirección General Forestal y de Fauna, son 100.57 hectáreas, las cuales están dadas en concesión a dos asociaciones campesinas llamadas José Olaya y San Agustín de Puñún. En el área de estudio existen más de diez asociaciones campesinas, agroindustriales o particulares que tienen denuncios sobre los terrenos eriazos aledaños a la laguna; ninguna hasta el momento cuenta con títulos de propiedad y varias de ellas no tienen presencia real en el área. Las asociaciones con influencia directa en el área de estudio son: • Asociación Campesina Artesanal José Olaya, conformada por 22 socios, con un área denunciada de 48 ha, más 37 ha de concesión forestal. Actualmente viven el área 10 socios, con sus respectivas familias, las cuales tienen como principal actividad económica la extracción y comercio del junco, totora y carrizo. No tienen ganado vacuno ni ovino, pero han comenzado con la crianza de porcinos y animales menores como gallinas y patos. Además, cuentan con 10 burros utilizados para la carga de las fibras vegetales y gran cantidad de perros, por seguridad. • Asociación Campesina Ganadera de Pequeños Artesanos San Agustín de Puñún, conformada por 42 socios, con un área denunciada sobre el arenal de 177 ha, más 63 ha en concesión forestal. Hasta el año 1999 sólo tenían 5 socios residentes, actualmente existen 13; de los cuales la mayoría sólo llega al área los fines de semana, después de concluir sus labores en sus centros de trabajo. La principal actividad económica es la ganadería y sólo un socio se dedica además de la actividad anterior a la extracción de junco, totora y carrizo. También poseen gran cantidad de perros y algunos animales menores. Esta asociación tiene varios proyectos, destacando la construcción de vías de acceso a las futuras chacras tanto para agricultura como para ganadería. Anales Científicos UNALM 150 • Asociación Agroindustrial Miramar conformada por 32 socios, con un área denunciada de 160 ha esta asociación es la que presenta mayor infraestructura construida (casas, establos). Los residentes no tienen la necesidad de llevar a pastar su ganado a las lagunas, debido a que cuentan con establos, adicionalmente tienen crianza de animales menores; no utilizan directamente los recursos de la laguna. Sin embargo, en esta asociación existe un socio que se dedica exclusivamente a la crianza de camarones aprovechando la poca profundidad del agua subterránea en la zona. • Asociación San Pedro de Pongo (Don Blas Tiburcio Aguirre / Abraham Tiburcio Bustamante / Adelina Ugarte Cóndor y Javier Azañero Chacón) Conformada por 4 personas, que se hacen denominar Asociación San Pedro de Pongo, aunque el resto de asociaciones no la reconocen como tal y más bien afirman que son denunciantes individuales. Actualmente son dos los residentes, con un área denunciada de 161 ha. Estas personas se dedican principalmente a la ganadería, y en menor grado a la agricultura; sin embargo, cabe resaltar que no cuentan con ningún tipo de infraestructura para la realización de estas actividades, solo para el caso de agricultura cuentan con pequeños canales de irrigación hechos con la misma arena del área. El denuncio de este grupo de personas llega hasta los límites de la laguna sur, incluyendo las áreas pantanosas que eventualmente en época de creciente son parte del cuerpo de agua. Entre otros denunciantes tenemos a la Asociación Agroindustrial Artesanal de Servicios y Crianzas “La Salvadora El Paraíso”, Empresa Agroindustrial al Oeste de Paraíso, Empresa Agroindustrial El Paraíso S.A LTDA y a la señora Olga Luz Ramírez García Milla. Uso de recursos El 92% de la población residente depende económicamente de los recursos que ofrece la laguna y su entorno. Estos pobladores utilizan todos los recursos, siendo los más utilizados el junco y los peces, seguido de la totora y en menor grado las aves y sus huevos, el carrizo y los pastos. Dentro de los recursos hidrobiológicos las especies más consumidas son “lisa” Mugil sp., “monengue” Dormitator latifrons, “mojarrilla” Aequidens rivulatus. Cabe destacar el interés de la población en dedicarse, además de sus actividades cotidianas, a la crianza de camarones, existiendo ya en la Asociación Miramar una persona dedicada a esta actividad, teniendo actualmente 4 pozas camaroneras. Alrededor del 23 % de la población utiliza la fauna silvestre para su alimentación, principalmente consumen “gallaretas” Fulica americana y “pollas” Gallinula chloropus y sus huevos; sin embargo, ellos prefieren consumir los animales domésticos que crían como gallinas, cerdos, patos, entre otros. El área sustenta alrededor de 450 ovinos y 100 vacas durante todo el año; la crianza de cerdos, si bien es incipiente, ha aumentado en el presente año 2002. Es importante saber que el 73% de la población está de acuerdo en manejar las poblaciones de aves, sobre todo de patos, para el establecimiento de un Coto de Caza; siempre y cuando ellos sean los que administren el área con ayuda técnica. USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 151 Al 100% de los pobladores le gustaría que las lagunas sean visitadas frecuentemente por turistas, así ellos podrían tener más trabajo prestando servicios y/o vendiendo artesanías y otros productos incrementando sus ingresos familiares; aunque sólo el 83% estaría de acuerdo en que las lagunas tengan algún tipo de protección, ya sea por el Estado o por la región. Concesiones Forestales La Dirección General Forestal y de Fauna en 1978 sectorizó las tierras de protección aptas para usos forestales en 100.57 hectáreas para darlas en concesión; estas de dividieron en dos sectores, el denominado sector A de 37.57 hectáreas se dió en concesión mediante 17 contratos de extracción que fueron inicialmente individuales y a partir de 1985 se agruparon formando la cooperativa José Olaya. Las 63 hectáreas restantes que constituyen el sector B se dieron en concesión a la Asociación San Agustín de Puñún ( Ministerio de Agricultura Informe Técnico Nº 040-95. AG.UAD.LC/ATDRH. FF); estos contratos de extracción forestal fueron caducados en el año 1999. En julio del 2000 y Abril del 2001 las asociaciones campesinas José Olaya y San Agustín de Puñún respectivamente obtuvieron sus permisos para la extracción de junco hasta junio del 2002. La asociación campesina José Olaya tiene un contrato con el Ministerio de Agricultura para la extracción de 150 000 atados de junco (1 atado es equivalente a 600 fibras de junco) teniendo que pagar al Estado la suma de S./ 2250 nuevos soles por año de aprovechamiento y un monto adicional por el canon de reforestación; la Asociación Campesina San Agustín de Puñún tiene contrato para la extracción de 90000 atados de junco teniendo que pagar al Estado la cantidad de S./ 1350 nuevos soles anuales más el respectivo canon de reforestación (Palomares Aidé, comunicación personal 2002). Los contratos de extracción estipulan que como garantía los extractores deben pagar al momento de la firma el 20% del monto total a extraer por año y la cantidad restante y el canon se va pagando conforme se vayan realizando las extracciones. Obligaciones de pago por contrato de extracción Pago al Estado por extracción de un atado 1 Especie1 Al estado natural (s/.) Canon de reforestación (s/.) Cladium mariscus Totora balsa 0,10 0,034 Typha angustifolia Totora inea 0,05 0,034 Scirpus americanus Junco 0,03 0,05 Arundo donax Carrizo 0,0015 0,0025 Identificación Dr. Oscar Tovar. Departamento de Botánica. Museo de Historia Natural UNMSM. Anales Científicos UNALM 152 Extracción y comercialización del junco El 89% de los extractores sólo realizan un corte al año, el 11% restante realiza dos cortes. El número de cortes puede variar de año en año, debido a las condiciones climáticas, cuando la temperatura es baja, el junco es atacado por la larva de una polilla, la cual hace perder hasta un 70 % la producción de fibras. Las larvas se alimentan de la estructura del junco debilitándolo y echándolo a perder para futuros procesos. Según los extractores en cada cosecha se extrae el junco maduro de cada parcela, que aproximadamente tiene 2 ha, formando en promedio 1000 atados o paquetes, esto equivaldría a 500 atados por hectárea ó 0,05 atados por metro cuadrado; sin embargo, este valor no representa la productividad real del área; evaluaciones realizadas por INRENA demuestran que la productividad real para el área sería entre 0,2 y 0,3 atados por metro cuadrado, con lo cual como mínimo se podría obtener 2000 atados por hectárea (Palomares comunicación personal 2002). Esto demuestra que los extractores por varios años han subvaluado su producción, con la finalidad de pagar menos dinero al Estado. Del total extraído el 56% es destinado a la venta a través de intermediarios, que llevan la cosecha a las ciudades de Huacho, Lima, Trujillo, Chiclayo (principalmente a los penales); y el 44% restante es destinado a la elaboración de artesanías. Estas manualidades son elaboradas por las esposas e hijos y consisten principalmente en bolsas, sombreros y sillas. Manejo del junco Extracción (jalado)
Emparejado de tamaño (corte)
Secado al aire (10-21 días) Þ Atados o paquetes (600 fibras) Teñido de fibras

Fardos (30 atados)
Venta a acopiador (intermediario) Fabricación de canastas y otras manualidades

Comercialización Comercialización USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 153 Extracción y comercialización de la totora Los campesinos diferencian dos tipos de totora la “balsa” Cladium mariscus1 y la “inea” Typha 1,2 angustifolia ; de la primera el 86% de las personas la utilizan para hacer esteras y el 14% restante la vende a otros, la segunda es utilizada en menor grado para la fabricación artesanal de sillas y algunas veces para esteras de uso doméstico. Manejo de la Totora Corte o segado 
Secado (10 a 21 días) 
Emparejado (cortado a 2 m.) 
Tejido (tamaño 2x4 m) 
Apilado 
Venta a acopiador (intermediario) 
Comercialización (granjas, depósitos) Extracción y comercialización del carrizo El “carrizo” Arundo donax, no es muy abundante en la zona; este se encuentra concentrado en las riberas del canal de irrigación; sin embargo, es una especie muy utilizada y comercializada por los lugareños. Manejo del Carrizo Corte 
Chancado 
Rayado (con punta de alambre se corta para que se abra) 
Tejido de esteras(2x3 m) 
Comercialización Depósitos de construcción (para techados de granjas, casas rurales, etc.) 1 Identificación Dr. Oscar Tovar. Departamento de Botánica. Museo de Historia Natural UNMSM. 2 Otros autores la identifican como Typha dominguensis Anales Científicos UNALM 154 El principal problema identificado (62%) es la escasez de agua, tanto para la agricultura como para consumo directo, el segundo problema es la presencia de la plaga del junco (38%) y en menor grado (15%) identifican como conflictos los litigios territoriales del área (sobreposición de denuncios), poca demanda de los productos que ofrecen, zancudos, parásitos del ganado (alicuya), salinidad de los suelos. El Fenómeno del Niño del año 1997 lo afectó principalmente por el excesivo calor 39%, pérdida de cultivos 31%, disminución de filtraciones, menos agua 23%, plaga de ratas y erupciones en niños 15%. No obstante, un 15% afirmó que no fue afectado, este porcentaje lo conforma la gente que vive cerca de la carretera y que cuenta con una mejor distribución de agua. Para mejorar la calidad de vida de los lugareños se identifican tres necesidades primordiales: la primera es mejorar la irrigación; la segunda, electrificar la zona; y por último, eliminar las plagas que afectan tanto al junco como a los cultivos. CONCLUSIONES 1. Las lagunas El Paraíso y su área de influencia (690,42 ha) brindan sus recursos al 92% de la población con residencia permanente en el área. Esta dependencia va a variar según la actividad económica del lugareño; así, varía de una dependencia total para las personas que se dedican exclusivamente al aprovechamiento de fibras vegetales a una dependencia mucho menor cuando la principal actividad económica es la ganadería y/o agricultura. 2. Los recursos más utilizados son el junco y los peces, seguido de la totora y en menor grado tenemos el aprovechamiento de las aves y sus huevos, el carrizo y los pastos. 3. El aprovechamiento de estos recursos se realiza con técnicas inadecuadas y sin planes de manejo, corriéndose el riesgo de una sobre explotación o degradación de este ecosistema costero. Es por esta razón que es recomendable declarar a las lagunas El Paraíso como sitio de importancia para la costa central del país y establecer las pautas para su futura conservación. BIBLIOGRAFÍA • Castro, G. 1984. Las Aves de la Laguna El Paraíso. El Volante Migratorio Nº3. p.10-11. • Castro, G.; Ortiz, E; Bertochi, L. 1990. Importancia Biológica y Conservación de la Laguna El Paraíso. Boletín de Lima, Lima. (71):45-55. • Cruz, Z. 2002. Evaluación del Estado de Conservación de las Lagunas El Paraíso provincia de Huaura, departamento de Lima, Perú. Tesis para optar el Grado de Magister Scientiae. UNALM. 88 p. USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 155 • Filion, F. 1987. Encuestas Humanas en la Gestión de la Vida Silvestre. p: 463-478. En: Rodríguez, R. (ed.) 1987. Manuel de Técnicas de Gestión de Vida Silvestre. 703 p. • INRENA. 1995. Mapa Ecológico del Perú Guía Explicativa. Lima, Perú. 208p. • Ministerio de Agricultura. 1995. Informe Técnico Nº 040. Unidad Agraria Departamental de Lima y Callao. Administración Técnica Distrito de Riego Huaura. • Oficina de la Convención Ramsar, 2000. Manuales Ramsar para el uso racional de los humedales. Oficina de la Convención Ramsar, Gland (Suiza). • Programa Especial de Titulación de Tierras (PETT). 1995. Informe Técnico Nº 069 DT/ CPR. • Riveros, J; Cayo, M; Núñez, S. 1983. Censos de Aves de Importancia Cinegética en las Albúferas de Playa Chica - Huacho. Centro de Investigación de Zonas Áridas UNALM (3):75-81. Lima. • Scott, D; Carbonell, M. (compiladores). 1986. Inventario de Humedales de la Región Neotropical. IUCN, Cambridge, U.K. & IWRP, Slimbridge, U.K. 714p. • Velarde, D. (ed.) 1998. Resultados de los Censos Neotropicales de Aves Acuáticas en el Perú 1992 –1995. Lima, Perú. 154 p. Anales Científicos UNALM 156 APENDICE 1 Modelo de Encuesta Encuesta Nº Tiempo de residencia Nº personas dependientes Edad Ocupación Grado de Instrucción : : : : : 1. ¿Depende económicamente de las lagunas? a) si b) no 2. Si tuviera la posibilidad de hacer mejoras en el área ¿Qué es lo que haría primero? 3. ¿ Le gustaría tener algún tipo de apoyo? a) si b) no ¿Cuál? 4. ¿Qué recursos aprovecha de la laguna y/o alrededores? a) junco d) aves b) totora e) huevos c) pescados f) otros 5. ¿Qué especies de pescados y/o aves consume? 6. ¿Tiene usted animales domésticos? a) perros b) vacas c) burros 7. d) gallinas e) otros ¿A qué destina usted el junco y la totora? Junco a) artesanías b) esteras c) las vende a otros Totora a) artesanías b) esteras c) las vende a otros d) otros USO DE RECURSOS NATURALES EN LAS LAGUNAS COSTERAS EL PARAÍSO 157 8. ¿De qué tamaño es su concesión? ¿Está de acuerdo con el tamaño? 9. ¿Cuántos cortes hace al año de totora y de junco? a) 1 vez b) 2 veces c) depende 10. ¿Cuántos m2 por cosecha extrae? 11. ¿Cuántos atados saca en promedio por cosecha? 12. ¿Conoce de la presencia de cazadores en la zona? a) si b) no 13. ¿Cómo reacciona cuando los ve? 14. ¿Conoce de la existencia de restos arqueológicos en el área? a) si b) no 15. ¿Estos restos son visitados? a) si b) no c) no sabe 16. ¿Le gustaría que las lagunas sean protegidas por la región o por el Estado? ¿Por qué? 17. ¿Le gustaría que las lagunas sean visitadas frecuentemente por turistas? a) si ¿Por qué? b) no 18.¿Estaría interesado en manejar con toda la asociación las poblaciones de patos y otras aves para el establecimiento de un coto de caza? a) si b) no ¿Por qué? 19.¿Cuáles son los principales problemas que tiene actualmente? 20. ¿Cómo le afecta el fenómeno del niño? Observaciones: EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Rosa Miglio T., Marlene Mellisho SUMMARY This investigation was carried out in Lima city during the months of January to September of 1999. It consisted on evaluating the purifying capacity of 3 aquatic macrophytes in artificial wetlands for the purification of domestic residual waters, specifically with the Cyperus papirus, Cyperus aff. ferox and Phragmites australis (reeds) species. The affluent to treat was captured from the last l9th conduit of the net of drainages of the UNALM, the residual water that arrives to this point also comes from Las Viñas urbanization of La Molina. The residual waters previously treated to eliminate large solids were driven trough PVC pipes toward two storage tanks to proceed with the primary treatment and later on it was distributed toward the artificial wetlands. The artificial wetlands are surfaces of periodic flood that consist on a gravel channel or another substratum on which you seed an aquatic species of the macrophyte type, the water circulates through this porous channel putting it in contact with the roots of the plants. The elimination of pollutants occurs due to the combination of processes that include the aerobic and anaerobic degradation of the organic substances and the adsorption and sedimentation of the pollutants. In this investigation three wetlands of the same geometric characteristics and trapezoidal section were built (small base = 1.0 m, bank z=1, tight of water and =0.5 m and longitude L = 8 m), the base and the banks of the wetlands were manually compacted and covered with black polyethylene plastic of 8 mm of thickness. * Docente Asociada del Departamento Académico de Centros Rurales EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 159 Inside each wetland a gravel and sand substratum was placed using 3 sizes of materials, disposed in layers from the bottom to the top (stone grind of ¼” 0.25 m, confitillo of 3/8” 0.10 m, thick sand 0.10 m and confitillo of 3/8” 0.05 m). Also in each one of the wetlands an emergent aquatic species was sowed: for the swamp P-1 (Cyperus papirus, spacing of 0.5 m), for the swamp P-2 (Cyperus aff. ferox, spacing of 0.40 m) and for the swamp P-3 (Phragmites australis, spacing of 0.30 m). The aquatic species adapted at 2 to 3 months of having been sowed because these grow very easily in temperate climates and they are perennial plants. The type of flow used was sub superficial (the water circulated below the substratum) and in “batch” type conditions, that is each wetland filled with water and keep retained inside it by periods of 24 and 48 hours; to evaluate the time of retention required for the treatment. The average flow with which the system was operated was of 0.45 l/s. The following physical, chemical and biological parameters were evaluated: temperature, pH, electric conductivity, suspended solids, Biochemical Demand of oxygen (DBO5), ammoniacal Nitrogen, total Phosphorum and fecal coliforms. The physical-chemical parameters evaluated in the effluents presented minimum variations in relation to the raw water, except for the suspended solids and pH, being observed a percentage of removal of solids of 59% for the wetland P-1 and 56% for the wetland P-2. Statistically, it was verified that significant differences don’t exist between the times of retention of 24 and 48 hours for the evaluated parameters. Wetland P-3 could not be evaluated because a break took place in the base where the treated water was infiltrated. The Biochemical Demand of Oxygen (DBO5), had significant differences between the tributary and both wetlands being achieved a removal of 88% in the wetland P-1 and 87% in the wetland P-2. Statistically, there were no significant differences for the removal of the organic load between wetlands P-1 and P-2, neither between the evaluated times of retention. Also the level of removal of ammoniacal Nitrogen was significant for both wetlands with 76% for the wetland P-1 and 85% for the wetland P-2 and statistically significant differences didn’t exist among the evaluated plants neither among the times of retention. The level of removal of total Phosphorus was not significant for none of the used treatments, neither for the evaluated times of retention. The level of efficiency in the removal of fecal Coliforms was not significant in both wetlands, with 5,4% in the wetland P-1 and 5.3% in the wetland P2, for the time of retention of 24 hours. 160 Anales Científicos UNALM RESUMEN La presente investigación se llevó a cabo en la ciudad de Lima durante los meses de Enero a Setiembre del año 1999 y consistió en evaluar la capacidad depuradora de 3 macrofitas acuáticas en pantanos artificiales para la depuración de aguas residuales domésticas, específicamente con la especie Cyperus papirus, Cyperus aff. Y Phragmites australis (Carrizo). El afluente a tratar fue captado del buzón Nº 19 ultimo buzón de la red de desagues de la UNALM, el agua residual que llega a este punto también proviene de la urbanización Las Viñas de la Molina Las aguas residuales con un previo tratamiento para eliminar los sólidos grandes fueron conducidas mediante tuberías PVC hacia dos tanques de almacenamiento para procedes al tratamiento primario y posteriormente se distribuyó hacia los pantanos artificiales. Los pantanos artificiales, son superficies de inundación periódica que consisten en un lecho de grava u otro sustrato sobre el cual se siembra una especia acuática de la especie macrofita, el agua circula a través del lecho poroso poniéndola en contacto con las raíces de lasl plantas. La eliminación de contaminantes ocurre por la combinación de fenómenos que incluyen la degradación aeróbica y anacróbica de las sustancias orgánicas y la adsorsción y sedimentación de los contaminantes En esta investigación, se construyeron 3 pantanos de las mismas características geométricas de la sección trapezoidal (base menos = 1.0 m, talud z = 1, tirante de agua y = 0.5m y longitud L = 8 m), la base y los taludes de los pantanos fueron compactados manualmente y fueron revestidos con plástico polietileno de color negro de 8mm de espesor. Dentro de cada pantanos se colocó un sustrato de grava y arena usando 3 tamaños de material dispuestos desde el fondo hacia arriba (piedra chancada de ½ “ 0.25m, confitillo de 3/ 8” 0.10 m, arena gruesa 0.10 m y confitillo de 3/8”0.05). Además en cada uno de los pantanos se sembró una especia acuática emergente para el pantanos P-1 (Cyperus papirus, espaciamiento de o.5 M), para el pantano P-2 ({Cyperus aff. Feroz, espaciamiento de 0.4 m) y para el pantano P-3 (Phragmites australis, espaciamiento de 0.3). Las especies actuáticas se adaptaron a los 2 a 3 meses sembradas debido a que esta crecen muy fácilmente en climas templados y son plantas perennes. El tipo de flujo utilizado fue subsuperficial (el agua circuló por debajo del sustrato) y en condiciones tipo “batch” es decir que se llenó de agua cada pantano y se mantuvo retenida dentro de él por periodos de 24 y 48 horas, para evaluar el tiempo de retención requerido para el tratamiento. El caudal promedio con que se operó el sistema fue de 0.45 l/s. Se evaluaron los siguientes parámetros físicos. Demanda Bioquímica de Oxígeno 8DBO9, nitrógeno amoniacal, fósforo total y coliformes fecales. Los parámetros físicos-químicos evaluados en los efluentes presentaron variaciones mínimas en relación al agua cruda a excepción de los sólidos suspendidos y del pH, observándose un porcentaje de remoción de sólidos del 59% para el pantano P-1 y 56% para el pantano P-2. EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 161 Estadísticamente se verificó que no existen diferencias significativas entre los tiemo de retención des 24 y 48 horas para los parámetros evaluados. No se pudo evaluar el pantano P-3 porque se produjo rotura en la se por donde se infiltró agua tratada. La demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), tuvo diferencias significativas en el afluente y ambos pantanos lográndose una remoción del 88% en el pantano P-1 y 87% en el pantano P-2. Estadísticamente nos e encontraron diferencias significativas de remoción de la carga orgánica entre los pantanos P-1 y P-2 ni entre los tiempos de retención evaluados. Asimismo el nivel de remoción de Nitrógeno amoniacal fue significativo para ambos pantanos con un 76% para el pantano P-1 y 85% para el pantano P-2 y estadísticamente no existen diferencias significativas entre las plantas evaluadas ni entre los tiempos de retención. El nivel de remoción de fósforo total no fue significativo para ninguno de los tratamientos utilizados, ni en los tiempos de retención evaluados. El nivel des eficiencia en la remoción de Coliformes fecales no fue significativo en ambos pantanos, con un 5.4% en el pantano P-1 y 5.3% en el pantano P-2, para el tiempo de retención de 24 horas. I. INTRODUCCION Desde hace unos años países como Estados Unidos, Austria, Inglaterra y España entre otros, vienen estudiando la depuración de aguas residuales a través de sistemas de pantanos artificiales llamados también Wetlands o humedales artificiales. Este sistema consiste en un lecho de grava u otro tipo de sustrato sobre el cual se siembra una planta acuática de la “especie” macrofita, el agua se hace circular a través de este lecho poroso poniéndola en contacto con las raíces de las plantas. La eliminación de contaminantes ocurre por la combinación de fenómenos que incluyen la degradación aeróbica y anaeróbica de las sustancias orgánicas y la adsorción y sedimentación de los contaminantes. Este sistema de tratamiento de bajo costo de construcción, fácil operación y mantenimiento puede ser aplicado en muchas zonas de nuestro país carentes de recursos económicos para aplicar otras opciones tecnológicas. Es por ello que se ha desarrollado esta investigación en la que se ha evaluado el comportamiento de 3 tipos de macrofitas acuáticas nativas en un sistema de pantanos artificiales para la depuración de aguas residuales domésticas. OBJETIVO • Evaluar la capacidad depuradora de tres tipos de macrofitas acuáticas Cyperus papirus, Cyperus aff. ferox, Carrizos (Phragmites australis), en pantanos artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Anales Científicos UNALM 162 II REVISION DE LITERATURA 2.1 USO DE PANTANOS ARTIFICIALES Son superficies de inundación periódica con suelos permanentemente saturados y con vegetación helófita. Son artificialmente creados y por lo general son trincheras o canales largos y angostos, el interés en pantanos para el tratamiento de aguas residuales es bastante reciente, el término “wetlands” (pantanos) es también una expresión relativamente nueva, la cual abarca lo que por años a sido llamado simplemente ciénagas (marshes), pantanos (swamps), o humedales (bogs). La diferencia en estos pantanos se relaciona en gran parte a la vegetación que domina el área y al tipo de flujo. 2.2 FUNCIONAMIENTO Los pantanos artificiales son efectivos como procesos de tratamiento de aguas residuales por varias razones. Los pantanos soportan una gran población y diversidad de bacterias, las cuales crecen en las raíces o tallos sumergidos de las plantas acuáticas y cumplen un papel importante en la eliminación de la concentración de carga orgánica (DBO5), asimismo la extracción de sólidos suspendidos es muy efectiva en este tipo de sistema, debido a las condiciones tranquilas y a la poca profundidad en el sistema. 2.3 ELEMENTOS QUE LO CONFORMAN • El material poroso cumple una función de soporte para las plantas y los microorganismos que degradan la materia orgánica. Además es responsable directo de la eliminación de algunas sustancias contaminantes a través de interacción física y química. El proceso de reducción de la DBO5 se realiza mediante degradación aerobia, sedimentación, adsorción y atrapamiento de los sólidos en suspensión en el medio poroso. Los mecanismos para la eliminación de nitrógeno son debidos a las reacciones de nitrificación y desnitrificación, la asimilación por parte de las plantas y la adsorción del amonio en el medio poroso. • Los rizomas Proveen una superficie grande para el crecimiento del bio-film bacteriano. Estabiliza la superficie del sedimento La población de los rizomas ayudan a mantener abiertos los caminos hidráulicos Los rizomas del carrizo puede transferir oxígeno atmosférico a la zona de las raíces, facilitando así el tratamiento aeróbico y anaeróbico y permite la remoción de nitrógeno. Reducción de metales pesados (absorción de nutrientes) Eliminación de microorganismos patógenos por la toxicidad por antibióticos producidos por las raíces y sobre todo la acción predadora de otros organis mos (bacteriófagos, protozoos) EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS • Hojas y tallos aéreos Atenúan la radiación solar evitando el crecimiento de otras plantas acuáticas en el pantano. Influencia el microclima Reduce el viento Son agradables a la vista Almacenan los nutrientes Proveen ecosistemas para distintos organismos • - 2.4 163 Tejido de la planta sumergida Efecto de filtración Reduce la velocidad del agua promoviendo la sedimentación La excreción de oxígeno fotosintético aumenta la degradación aeróbica Absorción de nutrientes TIPO DE PANTANOS ARTIFICIALES Flujo superficial (FWS) El agua circula expuesta a la atmósfera a través de las partes aéreas de la vegetación emergente. Flujo subsuperficial (FSS) El agua circula a través de un material poroso, por debajo de la superficie y en contacto con las raíces de la vegetación. Flujo subsuperficial vertical, en este tipo de sistema se puede notar una mayor densidad de raíces en la parte superior, el cual es un indicio de una mayor actividad. Anales Científicos UNALM 164 2.5 PLANTAS ACUATICAS APROPIADAS PARA EL TRATAMIENTO Plantas flotantes Especies sumergidas Especies emergentes EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 2.6 VENTAJAS DE LOS PANTANOS • • • • III 165 Son económicos Son simples Son sostenibles y ecológicos Son apropiados MATERIALES Y METODOS 3.1 UBICACIÓN Y DESCRIPCION DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO El sistema de tratamiento se ubicó dentro del campus de la Universidad Nacional Agraria La Molina-Lima, entre los campos Santa Rosa y Chiquero II del Programa de Maíz. El agua residual para realizar el tratamiento fue captada del buzón N0 19 de la red de desagüe de la UNALM, ubicada en el Centro de Venta. 3.2 SISTEMA DE TRATAMIENTO Como sistema de tratamiento se utilizaron 3 pantanos artificiales para evaluar la capacidad depuradora de tres macrofitas acuáticas, sobre agua residual doméstica. 3.3 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS • • • • • Los tres pantanos se construyeron en forma de zanjas con una misma sec ción y longitud. Pendiente 1 % Ancho de caminos entre dos pantanos, 0.60 m. Revestimiento de los pantanos con polyetileno. Se utilizaron 3 tamaños de material dispuestos del fondo hacia arriba. 166 Anales Científicos UNALM ESQUEMA DE DISTRIBUCION DEL SISTEMA EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS • 3.4 167 Se instalaron dos tubos de observación de PVC, para controlar el nivel de agua en el pantano ubicándose al ingreso y a la salida de la poza. PLANTAS ACUÁTICAS UTILIZADAS Pantano P-1: Cyperus papirus Familia de las Cyperaceae, cuyo nombre común es el Papirus, se adapta fácilmente a climas cálidos y se encuentra en terrenos saturados y puede llegar a medir de 1,8 a 3,0 m de altura. Se reproduce vegetativamente, son muy vistosas y perennes. Pantano P-2: Cyperus aff. ferox Se adapta fácilmente al clima cálido y terrenos saturados cuyo tamaño máximo es de 1,2 a 1,8 m, se reproducen vegetativamente, son muy vistosos y perennes. Anales Científicos UNALM 168 Pantano P-3: Phragmites australis Familia de las Gramíneas, son hierbas altas anuales con un extenso rizona perenne pueden llegar a medir hasta 4 m de altura. 3.5 FUENTE DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA El agua residual fue captada en el buzón N0 19, correspondiente al último buzón de la red de desagües de la UNALM, ubicado dentro del Centro de Ventas a una distancia de 40,5 m de los tanques sedimentadores. 3.6 SISTEMA DE CAPTACION Se realizó mediante una bomba sumergible para lodos, con una capacidad de 1 HP. La cual se instaló dentro del buzón. 3.7 TRATAMIENTO PRIMARIO Y ALMACENAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL El agua residual impulsada por la bomba se condujo mediante tuberías hacia dos tanques de fibra de vidrio de capacidad de 1,0 m3. 3.8 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN, TOMA DE MUESTRAS Y DESAGUE El sistema de distribución de agua se instaló desde la salida del 2do tanque sedimentador hacia los pantanos. 3.9 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA El sistema de tratamiento se hizo operar con flujo subsuperficial en condiciones tipo “batch” es decir que se llenó de agua cada pantano y se mantuvo retenida dentro de él por periodo de 24 y 48 horas. EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 169 El caudal de operación de cada pantano es el siguiente: Poza P-1 Poza P-2 Poza P-3 0.40 l/s 0.50 l/s 0.45 l/s 3.10 METODOS Y TRATAMIENTOS Tomando en cuenta que uno de los factores más importantes en estudios relacionados al tratamiento de aguas residuales es el conocimiento de las características de dichas aguas antes y después del tratamiento, se consideró necesario realizar mediciones de los principales parámetros físicos, químicos y biológicos, tanto en las aguas crudas como a la salida del sistema de tratamiento; estos valores permitieron la caracterización de las aguas residuales, la evaluación de su comportamiento durante el tratamiento y finalmente la medición de la eficiencia de estos sistemas. Paralelamente a la obtención de los parámetros de calidad de agua, se observó la adaptación y crecimiento de las especies acuáticas y los problemas de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento. 3.11 CARACTERIZACION DEL AGUA RESIDUAL Físico-químicos Temperatura PH - Conductividad eléctrica - Sólidos suspendidos. Químicos • • • Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) Nitrógeno amoniacal Fósforo total Biológicos • Coliformes fecales (CF) 3.12 CAPACIDAD DE PRODUCCION DE LOS PANTANOS ARTIFICIALES En sistemas tipo batch no se pudo evaluar capacidad de producción, debido a que no se trabajó con un flujo continuo, solo se determinó un gasto promedio de 0.45 l/s al ingreso de cada poza. 3.13 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA En este sistema la presencia de olores fue imperceptible, de igual manera los insectos vectores. La operación del sistema de bombeo tuvo algunos problemas Anales Científicos UNALM 170 debido al ingreso de material por el deterioro de la cesta de plástico. En el proceso de investigación también se detectó la presencia de roedores que dañaron las plantas más pequeñas, pero la intervención oportuna con un raticida permitió la eliminación de estos animales. También fue necesario la limpieza de malezas en los taludes y a veces dentro de las pozas. Se observo que el Phragmites australis tuvo un mejor comportamiento cuando los pantanos permanecieron sin agua en 2 semanas manteniéndose estas verdes y vigorosas, mientras que las otras se marchitaron. 3.14 ADAPTACIÓN Y CRECIMIENTO DE LAS MACROFITAS La adaptación y propagación de las especies acuáticas plantadas en los humedales se produjo rápidamente en 2 a 3 meses. Observándose que: • • • • La propagación de estas especies se realizó por reproducción vegetativa. Pantano P-1 (Cyperus papirus), tuvo un crecimiento acelerado en comparación al pantano P-2 (Cyperus af. ferox), llegando a tener tamaños máximos de 2,34 y 1,60 m respectivamente. Mientras que en el tercer pantano (Phragmites australis) a pesar que no pudo analizarse la calidad del agua se pudo observar que alcanzó una altura de 2,51 m. Debido al acelerado crecimiento del Cyperus papirus y del Phragmites fue necesario realizar la poda de las plantas que alcanzaron su crecimiento vegetativo esto tuvo lugar a los 3 meses. En relación al porcentaje de absorción de agua por los tallos se observa que el Cyperus papirus es el que tienen mayor contenido de humedad con un 90% seguido por el Phragmites con un 83%. EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS IV RESULTADOS DE LA CALIDAD DEL EFLUENTE 171 172 Anales Científicos UNALM EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 173 174 Anales Científicos UNALM EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 175 176 Anales Científicos UNALM EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DEPURADORA DE TRES MACROFITAS ACUÁTICAS EN PANTANOS ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 177 VI. CONCLUSIONES 1. Los parámetros físicos-químicos registrados en los efluentes presentaron variaciones mínimas en relación al agua cruda a excepción de los sólidos suspendidos y del pH, se observó un porcentaje de remoción de sólidos del 59% para P-1 (Cyperus papirus) y 56 % para P-2 (cyperus aff. ferox). Estadisticamente no existen diferencias significativas entre los períodos de retención de 24 y 48 horas para ambos parámetros. 2. No se pudo evaluar el pantano P-3 (Phragmites australis) debido a problemas de filtración del agua tratada probablemente por la rotura del forro plástico. 3. El nivel de eficiencia de las plantas en la eliminación de la carga orgánica medida a través de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), fue significativo para ambos pantanos lográndose una remoción del 88 % en el pantano P-1 y 87 % en el pantano P-2. No existen diferencias significativas de remoción de la carga orgánica entre los pantanos P-1 y P-2 ni entre los tiempos de retención evaluados. 4. El nivel de remoción de Nitrógeno amoniacal fue significativo para ambos pantanos con un 76 % para el pantano P-1 y 85 % para el pantano P-2. Estadísticamente no existen diferencias significativas entre plantas ni entre tiempos de retención. 5. El nivel de remoción de Fósforo total no fue significativo para ninguno de los tratamientos utilizados, ni en los tiempos de retención evaluados. 6. El nivel de eficiencia en la remoción de Coliformes fecales no fue significativo en ninguno de los pantanos, lográndose solo un 5,4% en el pantano P-1 (Cyperus papirus) y 5.3% en el pantano P-2 (Cyperus aff.ferox), para el tiempo de retención de 24 horas. 7. Estadísticamente no existen variabilidad alguna entre uno y otro tratamiento ni tampoco en los tiempos de retención, eligiéndose para el funcionamiento del sistema un tiempo de retención de 24 horas. 8. La calidad del efluente a la salida del tratamiento podría permitir su reuso en el riego restringido (especies de tallo alto, especies forestales) y en instalaciones acuícola . 9. Las plantas de tratamiento de aguas residuales con el uso de Cyperus papirus, Cyperus aff. ferox y Phragmites australis, ofrecen ventajas en la remoción de DBO5, SS, NH4 y a la vez crean entornos vistosos que pueden permitir su instalación en áreas públicas. 10. La operación y mantenimiento del sistema son relativamente sencillos y no se generan problemas ambientales de malos olores, ni presencia de mosquitos. 11. El porcentaje de remoción obtenido en Demanda Bioquímica de Oxígeno en los pantanos es muy similar al que podría producirse en un sistema de reactor anaeróbico de flujo ascendente (RAFA), lo que demuestra la rentabilidad de este método especialmente en el aspecto económico. Anales Científicos UNALM 178 VII. RECOMENDACIONES 1. Es necesario continuar las investigaciones en este tipo de tratamiento pues existen muchas variable por analizar, por ejemplo la eficiencia con diferentes tipos de sustrato, el uso de otras especies acuáticas de mayor aprovechamiento, la modificación del tipo de flujo, el uso de pantanos combinados de tipo horizontal y vertical, etc. 2. Se recomienda con especial énfasis investigar el comportamiento del pantano usando Phragmites australis, ya que esta especie de fácil adaptación y crecimiento se encuentra muy diseminada en nuestro territorio. 3. Para evaluar tiempos de retención las muestras deben considerar un número de repeticiones mínimo de 3 muestras por edad para eliminar el riesgo de muestras dispersas. 4. Probar este sistema en diferentes zonas geográficas; costa, sierra y selva en diferentes épocas del año. 5. Caracterizar el afluente doméstico en diferentes horas del día y épocas del año. VIII. BIBLIOGRAFIA 1. ARIAS C., GARCÍA J., y MUJERIEGO R. 1998. Saneamiento autónomo con humedales construidos de flujo subsuperficial: evaluación de su capacidad de tratamiento. Equipamiento y servicios municipales 76 25-31 pp Madrid. España. 2. BRIX, H. 1994. Función de los humedales en el control de la contaminación en zonas rurales. Diseño y uso de humedales artificiales. Zaragoza, España. 3. DENNY, PATRICK, 1995. Implementation of constructed wetlands in developing countries. Water Science technology. Vol 35. Londres. 4. GUNTHER, GELLER. 1980. Horizontal subsurface flow systems in the german speaking countries: summary of long terms scientific and practical experiences; recommendations. Water Science technology. Vol 35. Alemania. 5. MARTIN MARTINEZ, ISAURA. 1989. Depuración de aguas con plantas emergentes. Ministerio de Agricultura, pesca y alimentación. Madrid. España, 6. METCLAF, EDDY. 1977. Tratamiento y depuración de las aguas residuales. Ed. Labor S.A.. Barcelona. España. METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA Ulises Osorio Angeles, 2 Liz Tarazona Matos RESUMEN Se realizó un ensayo experimental en La Molina con la finalidad de evaluar diferentes métodos de manejo de malezas en el cultivo de cártamo, empleando una gama de herbicidas (butachlor, pendimenthalin, linuron, metribuzina y fluazifop-butil y otros métodos (control manual utilizando herramientas como escarda y lampas). Asimismo, se realizó un análisis económico para determinar la rentabilidad de los diversos métodos de control empleados. Se evaluaron 10 tratamientos: aplicaciones en presiembra empleando los herbicidas butachlor 2 l/ha y pendimetalin 2 l/ha, aplicaciones en preemergencia empleando linuron 1.5 kg/ha y metribuzina 0.4 kg/ha, aplicaciones en postemergencia empleando fluazifop butil 1.5 l/ ha + 1 deshierbo manual y paraquat 2 l/ha; control manual: 1 deshierbo manual, 2 deshierbos manuales, 3 deshierbos manuales y el testigo sin control. El tratamiento que obtuvo el mayor rendimiento (2 690.75 kg/ha) fue el linuron 1.5 kg/ha. Con el testigo sin control se obtuvo el más bajo rendimiento (207.25 kg/ha), siendo 92.3% menor que el tratamiento con linuron. Los demás tratamientos obtuvieron rendimientos altamente superiores al testigo sin control. Se encontraron diferencias altamente significativas entre tratamientos, lo que nos indica que las aplicaciones herbicidas y el control manual de las malezas afectaron su desarrollo y al menos un tratamiento fue diferente a los demás. Las malezas de hoja ancha predominantes en el cultivo fueron: Bidens pilosa “amor seco”, Chenopodium album “quinua silvestre”, Nicandra physaloides “capulí cimarrón”, Acalipha hispida “acalifa” y Plantago major “llantén” y las malezas de hoja angosta más abundantes fueron: Sorghum halepense “grama china” y Setaria verticillata ”rabo de zorro”. Ninguno de los herbicidas aplicados causaron síntomas de fitotoxicidad en el cultivo. El análisis económico efectuado indica que el tratamiento más rentable se obtuvo con el herbicida linuron 1.5 kg/ha. 1 2 Profesor Asociado del Departamento de Fitotecnia UNA La Molina Ing. Agrónoma ex alumna de la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM) 180 Anales Científicos UNALM SUMMARY A trial was conducted in La Molina to evaluate different weed management methods (herbicides and hand weeding) in Carthamus tinctorius were evaluated. Herbicides used were butachlor 2 l/ha and pendimenthaline 2 l/ha in pre-sowing, linuron 1.5 kg/ha and metribuzine 0.4 hg/ha both in pre-emergence, fluazifop butyl 1.5 l/ha + hand weeding and paraquat 2 l/ha in post-emergence. Other treatments were: hand weeding (only one, two and three hand weedings) and a control (no weeding). The highest yield (2 690.75 kg/ha) was obtained with linuron 1.5 kg/ha and the lowest yield (207.25 kg/ha) was obtained with the control treatment. All other treatments produced higher yields than the control. Significant statistical differences among treatments were observed. The results indicate that herbicides and hand weeding gave better results in terms of yield. Predominant broad leaf weeds in the crop were Bidens pilosa, Chenopodium album, Nicandra physaloides, Alcalipha hispida and Plantago major and the most plentiful narrow leaf weeds in the crops were Sorghum halepense and Setaria verticillata. None of the herbicides caused crop phytotoxicity. The most profitable treatment was obtained using linuron 1.5 kg/ha. INTRODUCCIÓN El déficit creciente que afronta nuestro país en cuanto al autoabastecimiento de productos agrícolas y especialmente de aquellos de consumo primario, como es el caso de los aceites vegetales comestibles, nos obliga a buscar nuevas fuentes viables que permitan satisfacer la demanda en este rubro de oleaginosas. El Anuario Estadístico del año 1999 señala que la producción nacional de aceite comestible (vegetal y compuesto) para el año 1998 fue de 96 131 TM y la importación de aceites (oliva, soya) para el mismo año fue de 257 522 TM, abriendo una brecha muy amplia entre lo que producimos y lo que importamos. Entre los cultivos oleaginosos alternativos y escogiendo entre una gama de posibilidades, el cultivo de cártamo (Carthamus tinctorius L.) se presenta como una alternativa viable para ser un cultivo productor de aceite vegetal, debido a su fácil adaptación al medio ambiente, rusticidad, poco requerimiento hídrico y relativamente fácil manejo agronómico. El cártamo como planta oleaginosa, presenta muchas ventajas, ya que de su semilla se puede obtener un alto porcentaje de aceite de alta calidad tanto para consumo humano como para uso industrial. El principal limitante agronómico para un óptimo desarrollo del cultivo lo constituye el manejo de malezas. Estás pueden considerarse como el factor biótico más agresivo que limita el cultivo de cártamo, puesto que ambos compiten por agua, luz, espacio y nutrientes y ocasionan mermas considerables en la producción. METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA 181 Considerando los efectos nocivos que ejercen las malezas sobre el cultivo de cártamo, especialmente durante la primera etapa del cultivo, etapa de roseta, se debe buscar el método de manejo de malezas más idóneo para el normal desarrollo de la planta. La amplia oferta de productos herbicidas para un control químico de plantas nocivas al cultivo, es motivo para incorporar en el ensayo una gama de herbicidas y formas de aplicación, así como un control manual para un adecuado manejo de malezas. Por ello, el objetivo central del trabajo de investigación fue el determinar el método de manejo de malezas más adecuado para el cultivo bajo las condiciones del ensayo experimental. REVISIÓN DE LITERATURA El Cártamo (Carthamus tinctorius) es uno de los cultivos más antiguos conocidos por el hombre (Conroy, 1965) considerándose como probable centro de origen primario y secundario a la Región Abisinia y a la India respectivamente (Robles, 1989). La planta es anual, de porte erecto y ramificado, las ramas presentan inforescencia en los extremos que pueden producir, cada una de 20 a 100 semillas (Knowles y Miller, 1965). Se adapta bien a climas semiáridos, de baja altitud y puede soportar temperaturas extremas desde los 6°C bajo cero en la etapa de roseta hasta 50°C en la etapa de crecimiento activo (Sánchez, 1983). Sin embargo, es sensible al exceso de humedad (Agricultura de las Américas, 1962). La etapa inicial de crecimiento denominada “roseta” es muy lenta presentando desventaja frente a las malezas (Knowles y Miller, 1965). Estas son plantas no deseadas que interfieren con el cultivo (Helfgott, 1985; King, 1966) ocasionando pérdidas debido a la competencia por agua, luz y nutrientes (García y Fernández, 1991). Por ello, debe contemplarse un manejo adecuado y oportuno (Cerna, 1994) a través de un programa que contemple la identificación y colección de individuos presentes en un determinado campo, señalando las más dominantes y agresivas, así como determinar las épocas críticas de competencia y el diseño de la estrategia de control (Helfgott, 1985). Las estrategias de manejo debe contemplar los métodos manuales cuando se trata de malezas anuales en pequeñas parcelas (FAO, 1985); una o dos escardas son suficientes para el manejo satisfactorio de ellas (Labrada et al, 1996); métodos mecánicos luego de la etapa de roseta (Agricultura de las Américas, 1962) y químicos como una última opción (Cerna, 1994; García y Fernández, 1991; Knowles y Miller, 1965). Sin embargo, la opción química permite un incremento de un 20% frente a la mecánica (CIAT, 1979). La clave del éxito de un tratamiento químico está en la selección idónea del producto, dosificándolo perfectamente de acuerdo al terreno o desarrollo del cultivo y malezas, sin perder de vista la rotación (Villarias, 1981; Cajar, 1969). Sin embargo, el uso de herbicidas solo se justifica cuando en los campos exista antecedentes de altas infestaciones de malezas en las primeras etapas de desarrollo del cultivo (I.I.A. – Mexicali, 1984). Dentro de las especies más comunes que afectan al Cártamo están Echinochloa crussgalli “pata de gallo”, Chenopodium album “quinua silvestre”, Amaranthus spp “yuyos o amarantos” y otras hierbas anuales, así como Cyperus sp “coco” y Sorghum halepense “grama china” que constituyen un problema aparte (Knowles y Miller, 1965). Anales Científicos UNALM 182 MATERIALES Y METODOS El experimento se realizó entre agosto del 2000 y febrero del 2001 en el campo “Libres 1” de la Universidad Nacional Agraria La Molina, ubicado en el valle del Rímac, Sub sector de riego Ate, distrito de la Molina, situado a 14.5 km al este de la ciudad de Lima, en la provincia y departamento de Lima a 243.5 m.s.n.m., a 12o 05’ 06’’ latitud sur y 76o 57’ 05’’ longitud oeste. Los datos meteorológicos se obtuvieron de la Estación Meteorológica Agrícola Alexander Von Humbolt. El cultivo se desarrolló entre los 13.8o C y 29.3o C, la H.R. promedio osciló entre 83% y 93%, la precipitación varió entre 0.3 mm/mes y 1.7 mm/mes, y las horas de sol fluctuaron entre 64.5 y 271.3. De acuerdo a los resultados del análisis de suelo se trata de un suelo de textura franca, que no presenta problemas de sales ni sodio cambiable, de reacción alcalina, con contenido medio de cal y de materia orgánica, consecuentemente en nitrógeno total, con alto contenido de fósforo y potasio y con capacidad media de intercambio catiónico. Para la ejecución del trabajo experimental se utilizó aproximadamente 250 g de semilla de cártamo. El experimento se realizó bajo un Diseño de Bloques Completamente al Azar (D.B.C.A.) con 10 tratamientos y 4 repeticiones. Se realizó el análisis de variancia (ANVA) de las variables evaluadas en el cultivo y en la maleza. Posteriormente se realizó la Prueba de Duncan (a=0.05) para determinar, si hubiere aptitud estadística, el grado de significancia entre los tratamientos que se evaluaron. Para las variables cobertura y frecuencia de malezas se realizó la transformación angular: seno del arco densidad+0.5 , %cobertura y la densidad de malezas se transformó: densidad , densidad+1. El análisis de variancia y la prueba de Duncan se realiza con los datos transformados. La unidad experimental (UE) estuvo constituida por 4 surcos, de los cuales sólo se evaluó los 2 surcos centrales. El área de cada UE fue de aproximadamente 12.8 m2. Cada UE estuvo conformada por aproximadamente 80 plantas de cártamo, sembradas a un distanciamiento de 0.4 m entre plantas y 0.8 m entre surcos. METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA 183 Tratamientos en estudio: Tratamiento Producto Dosis Dosis del comercial i.a. Oportunidad de aplicación T1 butachlor (Machete) 2 l/ha 1.2 l/ha Presiembra T2 pendimetalin (Prowl) 2 l/ha 0.8 l/ha Presiembra T3 linuron (Afalon) 1.5 kg/ha 0.75 kg/ha preemergencia T4 metribuzina (Sencor) 0.4 kg/ha 0.28 kg/ha preemergencia T5 fluazifop butil (Hache Uno Super) 1.5 l/ha 0.6 l/ha postemergencia 2 l/ha 0.4 l/ha postemergencia + 1 deshierbo manual T6 paraquat (Gramoxone) T7 1 deshierbo manual postemergencia T8 2 deshierbos manuales postemergencia T9 3 deshierbos manuales postemergencia T10 Testigo sin control Labores culturales • Siembra: Se realizó con lampa, a hilera simple, depositándose la semilla en la costilla del surco. Se depositó 3 semillas por golpe. • Fertilización: Se realizó a los 45 días después de la siembra. La fórmula utilizada en el abonamiento fue de 60-60-120, utilizándose como fuentes de nitrógeno, fósforo y potasio a la úrea, el superfosfato triple y el cloruro de potasio, respectivamente. • Riegos: Se aplicó inicialmente un riego de machaco a la preparación del terreno y un total de 8 riegos ligeros de mantenimiento. • Control de plagas y enfermedades: En la etapa de roseta se observó una alta incidencia de “mosca minadora”: Liriomyza huidobrensis y Liriomiza quadrata , aplicándose 3 pesticidas en rotación: abamectina (Vertimec) al 0.1%, oxamil (Vydate) al 0.2%, bensultap (Victenon) al 0.15%. Además, se colocaron 16 trampas amarillas. Debido al daño causado por la “mosca minadora” se cortaron las hojas inferiores sumergiendo previamente las tijeras en benomil (Benlate) al 0.15%. Para al ataque de Alternaria sp se aplicó difenoconazol (Score) al 0.1 %. Finalmente, después de la floración se presentó el ataque de Botrytis sp, aplicándose: benomil (Benlate) al 0.1 % y triflumizole (Trifmine) al 0.1 %. • Manejo de malezas: Se realizó según las metodologías previstas inicialmente: T1 y T2 : Manejo químico – Aplicación en pre-siembra de los herbicidas butachlor (Machete) y pendimetalin (Prowl). Para la ejecución de estos tratamientos, primero se le dió al campo un riego ligero, luego se aplicó el herbicida con el terreno a punto a la dosis establecida. Finalmente se sembró. T3 y T4 : Manejo químico – Aplicación en pre-emergencia de los herbicidas linuron (Afalon) y metribuzín (Sencor). Para la ejecución de estos tratamientos, primero se le dio al campo un riego ligero, luego se procedió a la siembra. Posteriormente, se aplicó el herbicida. 184 Anales Científicos UNALM T5 : Manejo químico – Aplicación en post-emergencia del herbicida fluazifop butil (Hache Uno Super) + 1 deshierbo manual. Para la ejecución de este tratamiento, primero se aplicó un riego ligero al campo. Luego se procedió a la siembra del cártamo y cuando las malezas tenían por lo menos 4 hojas verdaderas se aplicó el herbicida a la dosis establecida. El deshierbo manual se realizó cuando las malezas de hoja ancha alcanzaron aproximadamente entre 10 y 15 cm de altura. T6 : Manejo químico – Aplicación en post-emergencia del herbicida paraquat (Gramoxone). Cuando las malezas alcanzaron entre 5 a 10 cm de altura en promedio se procedió a la aplicación del herbicida. Se cubrió cada plantita de cártamo con un vaso descartable que abarcaba toda la superficie de la planta y la mantenía alejada al contacto herbicida. Luego de realizada esta labor, se aplicó el herbicida. Finalmente se retiraron los vasos descartables. T7 : Manejo manual – 1 deshierbo manual. Se efectuó cuando las malezas alcanzaron por lo menos una altura mínima de 5 cm y máxima de 15 cm. El deshierbo manual se efectúo con escarda y lampa, tratando de no dañar el cultivo. T8 : Manejo manual – 2 deshierbos manuales. El primer deshierbo se realizó a los 15 días de la siembra. El segundo deshierbo de realizó cuando las malezas alcanzaron una altura aproximada de 10 a 15 cm. T9 : Manejo manual – 3 deshierbos manuales. El primer deshierbo se realizó a los 15 días de la siembra, el segundo deshierbo se realizó cuando las malezas alcanzaron una altura aproximada de 10 a 15 cm y finalmente el tercer deshierbo se realizó aproximadamente a los 80 días después de la siembra. T10:Testigo sin control. En este tratamiento no se aplicó ningún control de malezas. • • Cosecha y trilla: La cosecha se realizó en forma manual, cortándose las plantas con lampa y agrupándolas por tratamiento para su traslado a la colca. En la colca se cortaron las cabezuelas de cártamo. Posteriormente, se procedió a la trilla manual de las cabezuelas, separando el rastrojo y la pajilla del grano limpio, el cual se colocó en bolsas de papel previamente identificadas para facilitar los análisis posteriores. Variables evaluadas en el cultivo Se evaluaron las siguientes variables en plantas tomadas de los dos surcos centrales de las unidades experimentales (UE). Se tomaron 10 plantas al azar por parcela, en las cuales se evaluó: número de planta por hectárea, altura de planta (m), número de cabezuelas por planta, número de cabezuelas sin semilla, número de aquenios por cabezuela, Peso de seco de la planta (g), índice de cosecha, peso de 1000 semillas (g) y rendimiento en grano (kg/ha) Variables evaluadas en la maleza Las evaluaciones para las malezas, al igual que para el cultivo se realizaron en los dos surcos centrales de la unidad experimental (UE). Especies de malezas presentes en el cultivo Cobertura de malezas (%): Las evaluaciones se realizaron en forma visual por medio de una escala de 0 a 100, donde 0 indica la ausencia total de malezas y 100 indica la cobertura total. Se utilizó la escala de Hult-Sernander mencionada por Cerna (1994) que nos relaciona la abundancia y la cobertura de las malezas. METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA • • • • • 185 Frecuencia de malezas (%): Se abarcó con pasos en zig-zag todo el largo de la parcela y en cada paso se identificó a la maleza existente y se contabilizó en una tabla. Para interpretar los datos obtenidos, se utilizó la escala de Raunkier mencionada por Cerna (1994). Densidad de malezas: Para el conteo de la población de malezas se utilizó el “cuadrado de plantas en campo cultivado”. Se diseñó un marco de estaquitas de madera de 50 cm2 el cual se colocó al azar en los surcos centrales de la parcela experimental. Se identificó y contabilizó en cada evaluación a las malezas presentes. Actividad herbicida: Se empleó la escala mencionada por Cerna (1994) modificada para las condiciones del experimento. Evaluación de la tolerancia de las plantas a la actividad herbicida: La escala de puntuación usada corresponde a la escala EWRS (CIBA GEIGY, 1981). Análisis económico: Se realizó en base a la estructura de costos de producción (costos directos e indirectos) con la finalidad de determinar el índice de rentabilidad de cada uno de los tratamientos evaluados y establecer comparativamente cual de ellos resulto el más conveniente y rentable. El índice de rentabilidad se calculó relacionando la utilidad neta obtenida respecto al costo de producción expresado en porcentaje. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El rendimiento más alto (2 690.75 kg) se obtuvo con el tratamiento 3 (linuron 1.5 kg/ha) y el rendimiento más bajo (207.25 kg/ha) se obtuvo con el testigo sin ningún control, siendo éste 92.3% menor respecto al mejor rendimiento. Esto confirma lo expresado por Knowles y Miller, (1968), Helfgott (1985), King (1966) y García Fernández (1991), en cuanto al efecto de competencia de malezas que es muy significativo, ello demanda un adecuado control y manejo para mejorar los rendimientos (Cerna, 1994 y Altieri, 1997). Igualmente, los resultados confirman las ventajas del manejo químico que en la mayoría fueron superiores al manejo manual (CIAT, 1979). De otro lado, se observa una disminución del rendimiento cuando se efectúa más de 2 deshierbos concordante con lo expresado por Labrada et al. (1996) quien indica que dicha disminución se debe al efecto negativo de los implementos mecánicos utilizados. El rendimiento de un cultivo es un factor determinante en la elección del método de manejo de malezas idóneo. Esta elección dependerá del tamaño del predio, nivel tecnológico del conductor y sobre todo el que proporcione una mayor rentabilidad. El análisis de variancia permite observar estadísticamente las diferencias altamente significativas y la Prueba de Duncan (a= 0.05) establece que los mejores rendimientos se obtuvieron con los tratamientos linuron 1.5 kg/ha, metribuzina 0.4 kg/ha y pendimethalin 2 l/ha al no existir diferencias significativas entre ellos. El número de plantas por hectárea fluctúo entre 60 547 para el tratamiento con 2 deshierbos manuales y 52 734 para el tratamiento butachlor 2 l/ha. Esta disminución se debe al efecto negativo del butachlor sobre algunas plantas de cártamo que se ha traducido en un menor rendimiento aún cuando no presente síntomas de fototoxicidad; El tratamiento 9 con tres deshierbos manuales presentó 58 398.5 plantas notándose el efecto negativo del exceso 186 CUADRO I Resultados promedio de las variables evaluadas en el cultivo o N plantas Altura de N ocabezuelas N ocabezuelas N oaquenios por Peso seco de Peso de 1000 Indice de por ha planta (m) ** por planta ** sin semilla * cabezuela ** planta (g) ** semillas (g) ** cosecha * 1. butachlor 2 l/ha 52734.25 b 1.13 de 85.75 bcd 14.75 abc 32.25 bcd 2. pendimetalin 2 l/ha 58398.75 ab 1.17 bcd 93.75 abc 15.75 abc 32.75 bcd 3. linuron 1.5 kg/ha 58008 ab 1.21 abc 113.5 105.25 Tratamientos 21.75 a b ab 21.25 ab 36.25 a 13.5 bc 32.25 bcd 34 4. metribuzina 0.4 kg/ha 59570.25 a 1.22 ab 5. fluazifop butil 1.5 l./ha + 56640.75 ab 1.14 cde 6. paraquat 2 l/ha 58984.5 a 1.11 de 7. 1 deshierbo m anual 60156.25 a 1.08 e 69 d 11.25 8. 2 deshierbos manuales 60547 a 1.09 e 72 d 10 c 33.5 9. 3 deshierbos manuales 58398.5 ab 1.1 e 71.5 d 10.25 c 34 10. Testigo sin control 55468.75 ab 1.26 a 9.5 e 1 d 21.75 bcd 89 b 113.38 b 125.88 112.13 c Rendimiento (kg/ha) ** 0.43 a 1902.45 61.5 a 0.45 a 2160.325 61.75 a 0.43 a 2690.75 a ab 61.25 ab 0.43 a 2472.675 ab b 59.75 bc 0.43 a 1880.4 155.88 a 59.5 c abc c 1 deshierbo manual Promedio * 57890 1,151 77.75 78,7 cd 15.25 abc 13,25 bc 32 31 cd 95.88 bc 0.43 a d 92.75 b 59.25 c 0.45 a 1744.525 c 96.5 b 60.25 abc 0.45 a 2079.875 bc b 95.88 b 60.25 abc 0.48 a 1781.625 c e 20.25 c 56.75 d 0.18 b 207.25 d bc 31,98 100,44 b 59.75 60 0,4125 1703.025 c 1862,29 : significativo ** : altamente significativo Los tratamientos con la misma letra no mostraron diferencias significativas a un nivel de significación de 5% Anales Científicos UNALM a 106.5 METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA 187 de deshierbos y el tratamiento 10 (testigo sin control) con 55 468.7 debido al efecto de competencia. La altura de plantas presentó valores entre 1.08 m a 1.26 m con un promedio de 1.15 m, no existiendo diferencias estadísticas entre los tratamientos. El número de cabezuelas por planta varió desde 9.5 para el tratamiento 10 (testigo sin control) hasta 113.5 para el tratamiento 3 (linuron 1.5 kg/ha), confirmando el efecto de competencia de las malezas sobre los componentes de la capacidad productiva, notándose la falta de ramificación de las plantas, pues ellas utilizaron toda la energía fotosintética en elongarse para poder alcanzar la luz solar en detrimento de la formación de cabezuelas. El análisis de variancia confirma las diferencias altamente significativas entre los tratamientos. La prueba de Duncan (a= 0.05) señala a los mejores tratamientos: linuron 1.5 kg/ha, metribuzina 0.4 kg/ha y pendimethalin 2l/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. El número de aquenios por cabezuela presentó valores que oscilaron entre 36,25 para el tratamiento 4 (metribuzina 0.4 kg/ha) a 21.75 para el tratamiento 10 (testigo sin control), siendo este último 40% menor. Los valores se encuentran dentro del rango señalado por Knowles y Miller (1965), siendo el promedio de 31.98 aquenios. Las parcelas infestadas con malezas tuvieron pocas cabezuelas y al no estar bien conformadas presentaron un menor número de aquenios. El análisis de variancia indica que existieron diferencias altamente significativas entre los tratamientos evaluados y al desarrollarse la prueba de Duncan (a= 0.05) destaca el tratamiento 4 (metribuzina 0.4 kg/ha). El peso seco de planta presentó valores que oscilaron entre 155.88 g para el tratamiento linuron 1.5 kg/ha y 20.25 g para el tratamiento testigo sin control. El peso seco promedio para todo el ensayo fue de 100.44 g. El análisis de variancia indica la existencia de diferencias altamente significativas entre los tratamientos evaluados, lo cual se explica debido a la existencia de plantas bien conformadas y una mayor cantidad de cabezuelas debido a que en sus estadios iniciales no tuvieron competencia con las malezas lo que les permitió desarrollarse normalmente. El peso de 1000 semillas presentó valores que fluctuaron entre 61.75g para el tratamiento linuron 1.5 kg/ha y 56.75 g para el tratamiento testigo sin control. El promedio del peso de 1000 semillas para todo el experimento fue de 60 g. El testigo sin control mostró una reducción de 8.1% respecto al tratamiento linuron 1.5 kg/ha. El análisis de variancia indica que existieron diferencias significativas entre los bloques y altamente significativas entre los tratamientos evaluados. Esto se explica debido a que los tratamientos desmalezados desde el inicio del cultivo presentaron cabezuelas grandes y aquenios grandes y bien conformados. Lo contrario ocurrió con aquellas parcelas enmalezados desde el inicio del cultivo, que presentaron cabezuelas pequeñas con aquenios pequeños y de poco peso. 188 Anales Científicos UNALM Al desarrollarse la prueba de Duncan (a= 0.05) se observa que el mayor peso de semillas se obtuvo con los tratamientos linuron 1.5 kg/ha, pendimetalin 2 l/ha, metribuzina 0.4 kg/ ha, 3 deshierbos manuales y 2 deshierbos manuales, no encontrándose diferencias significativas entre ellos. El índice de cosecha presentó valores que oscilaron entre 47.5% para el tratamiento 3 deshierbos manuales y 17.5% para el tratamiento testigo sin control. El índice de cosecha promedio para todo el experimento fue de 41.25%. El testigo sin control mostró una reducción de 63.16% con respecto al tratamiento 3 deshierbos manuales. El análisis de variancia indica que existieron diferencias significativas entre los tratamientos evaluados. El índice de cosecha mide la eficiencia de la planta para producir grano. Al estar las plantas libres de malezas durante el desarrollo de su ciclo vegetativo, el crecimiento y desarrollo de las plantas fue normal y eficiente, permitiéndole a la planta tener una adecuada producción de cabezuelas y por consiguiente de grano. Al realizarse la prueba de Duncan (a= 0.05) se observa que todos los tratamientos evaluados presentaron índices de cosecha similares, no existiendo diferencias significativas entre ellos, salvo el testigo sin control que si fue diferente al resto de tratamientos. En las malezas: En el Cuadro II se observan los resultados promedio de las variables evaluadas en la maleza Entre las malezas de hoja ancha predominantes tenemos: Bidens pilosa “amor seco”, Chenopodium album “quinua silvestre”, Nicandra physaloides “capulí cimarrón”, Acalipha hispida “acalifa”, Plantago major “llantén” y entre las malezas de hoja angosta más abundantes tenemos: Sorghum halepense “grama china” y Setaria verticillata “rabo de zorro”. Cobertura de malezas (%) a los 15 y a los 30 días después de la aplicación del método de manejo de malezas A los 15 días de la aplicación del método de manejo de malezas, los valores de cobertura de malezas oscilaron entre 2.25% para el tratamiento pendimetalin 2 l/ha y 62% para el tratamiento testigo sin control y al relacionarlos con la escala de Hult-Sernander concluye que la cobertura de malezas fue pequeña y escasa para el primer caso y cobertura muy alta y con cualquier número de malezas para el segundo caso. A los 30 días de aplicación del método de manejo de malezas, los valores fluctuaron entre 11.5% para el tratamiento pendimetalin 2l/ha y 88.25% para el testigo sin control y al relacionarlos con la escala de Hult-Sernander concluye que la cobertura de malezas fue mediana y abundante para el primer caso y muy alta y con cualquier número de malezas para el segundo caso. En el análisis de variancia se observa que existieron diferencias altamente significativas entre los tratamientos aplicados, y al menos un tratamiento fue diferente de los demás. La disminución del porcentaje de cobertura se explica por el hecho de que los herbicidas CUADRO II Resultados promedio de las variables evaluadas en la maleza Cobertura (%) ** 15 ddamm 1. butachlor 2 l/ha 5.75 b 17.25 90 ddamm ab 64.75 15 ddamm b 9.85 b ab a 11.5 a 54.25 b 8.35 ab 13.5 a 60 b 6.175 a 12.25 a 65.25 b d 34.25 d 71 b 26.75 c 72.75 bc 2. pendi metalin 2 l/ha 2.25 3. linuron 1.5 kg/ha 4.5 4. metribuzina 0.4 kg/ha 2.5 5. fluazifop butil 1.5 l/ha + 19.5 6.25 b Densidad (en 50 cm2) ** Frecuencia (%) ** 30 ddamm 30 ddamm 19.225 bc 15 ddamm 3.25 a 30 ddamm 14 a Act. herbicida Act. herbicida 15 ddah 30 ddah 5,25 3,5 c 2.5 a 12.5 a 8,25 6,25 bc 1.5 a 10.25 a 7,25 4,75 13.275 ab 2.0 a 13.5 a 7,5 5,75 44.325 e 8.5 b 18.5 a 3,25 2 9.65 a 1.5 a 17.5 a 6,75 1,75 44.7 e 20.525 a 19.05 5.225 a 18.6 c 5.675 a c 1 deshierbo manual 6. paraquat 2 l/ha 7. 1 deshierbo manual 18.75 d 39.75 d 85.75 c 17.65 12.75 bc 34.25 c 8. 2 deshierbos manuales 12.75 c 26.75 c 59.75 b 16.875 c 23.275 c 20 d 29.25 bc 0 0 9. 3 deshierbos manuales 13.75 c 23 bc 27.5 a 22.425 c 32.325 d 18 bc 22.75 ab 0 0 10. Testigo sin control 62 e 88.25 e 100 d 50.9 f 28 e 66.5 d 0 0 d 100 0 0 ddamm : días después de la aplicación del método de manejo de malezas * Para los tratamientos T8 y T9 : * 15 ddamm : corresponden a las evaluaciones realizadas 15 días después del primer deshierbo. * 30 ddamm : corresponden a las evaluaciones realizadas 30 días después del segundo deshierbo. * 90 ddamm : corresponden a las evaluaciones realizadas 90 días después del segundo deshierbo para el T8 y para el T9 los 90 días se cuentan a partir del tercer deshierbo. ddah : días después de la aplicación herbicida * : significativo ** : altamente significativo METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA Tratamientos Los tratamientos con la misma letra no mostraron diferencias significativas a un nivel de significación de 5% 189 190 Anales Científicos UNALM evitaron la germinación, emergencia y posterior desarrollo de las malezas, aunque en diferente grado. Una mayor cobertura de malezas se manifiesta en una merma significativa en el rendimiento, por lo tanto la utilización de un adecuado método de manejo de malezas realizado a tiempo reduce considerablemente la cobertura de malezas en el cultivo. Al realizarse la prueba de Duncan (a=0.05) para los 15 días de la aplicación, se observa que los mejores tratamientos que redujeron la cobertura (%) de malezas fueron el pendimetalin 2 l/ha, metribuzina 0.4 kg/ha, y el linuron 1.5 kg/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. A los 30 días de la aplicación, los mejores tratamientos fueron: pendimetalin 2 l/ha, metribuzina 0.4 kg/ha, linuron 1.5 k/ha y butachlor 2 l/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. • Cobertura de malezas (%) 90 días después de la aplicación del método de manejo de malezas Los valores de cobertura de malezas oscilaron entre 27.5% para el tratamiento 3 deshierbos manuales y 100% para el tratamiento testigo sin control y al relacionar ambos valores con la escala de Hult-Sernander concluye que la cobertura de malezas fue alta y muy numerosa para el primer caso y muy alta y con cualquier número de malezas para el segundo caso. En el análisis de variancia se observa que existieron diferencias altamente significativas entre los tratamientos aplicados. Esto se explica debido a que el grado de persistencia de los herbicidas es variable entre uno y otro (por ej.: el herbicida paraquat presenta persistencia nula en el suelo). Además, los deshierbos manuales se realizaron siguiendo la secuencia establecida, lo que permitió al tratamiento 3 deshierbos manuales tener una menor cobertura de malezas a los 90 días de aplicado el manejo de malezas correspondiente. Al realizarse la prueba de Duncan (a=0.05) se observa que la menor cobertura de malezas se obtuvo con el tratamiento 3 deshierbos manuales. • Frecuencia de malezas (%) a los 15 y a los 30 días después de la aplicación del método de manejo de malezas A los 15 días de la aplicación, los valores de frecuencia de malezas fluctuaron entre 5.225% para el tratamiento metribuzina 0.4 kg/ha y 50.9% para el tratamiento testigo sin control y al relacionarlos con la escala de Raunkier se observa que el primer y el segundo valor se encuentran en la clase A y C, respectivamente. A los 30 días de la aplicación, los valores oscilaron entre 9.65% para el tratamiento paraquat 2 l/ha y 100% para el testigo sin control y al relacionar ambos valores con la escala de Raunkier se ubican en la clase A y C, respectivamente. El análisis de variancia indica que existieron diferencias altamente significativas entre los tratamientos evaluados. Para los 15 días después de la aplicación se explica debido a que METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA 191 la frecuencia de malezas es un indicador que nos expresa la presencia o ausencia de especies de malezas en un área determinada. Luego de las aplicaciones herbicidas y los deshierbos manuales la presencia de malezas en el campo es mínima, debido a que los tratamientos aplicados disminuyeron la emergencia y posterior desarrollo de las malezas. Para los 30 días después de la aplicación se debe a que el grado de persistencia de cada herbicida difiere uno de otro, por lo que la frecuencia de malezas se logró controlar medianamente. Al realizarse la prueba de Duncan (a=0.05) para los 15 días después de la aplicación se observa que la menor frecuencia de malezas (%) se obtuvo con los tratamientos metribuzina 0.4 kg/ha, paraquat 2 l/ha, linuron 1.5 kg/ha y pendimetalin 2 l/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. A los 30 días de la aplicación, la menor frecuencia de malezas la presentaron los tratamientos paraquat 2 l/ha y metribuzina 0.4 kg/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. • Densidad de malezas (en 50 cm2) a los 15 días y a los 30 días después de la aplicación del método de manejo de malezas A los 15 días de la aplicación, los valores oscilaron entre 1.5 malezas para el tratamiento linuron 1.5 kg/ha y 28 malezas para el tratamiento testigo sin control. A los 30 días de la aplicación, los valores fluctuaron entre 10.25 malezas para el tratamiento linuron 1.5 k/ha y 66.5 malezas para el testigo sin control . El análisis de variancia indica que existieron diferencias altamente significativas entre los tratamientos evaluados. Esto se explica debido a que las aplicaciones herbicidas disminuyeron la densidad de las malezas por un corto periodo de tiempo, luego de la aplicación del manejo de malezas correspondiente, pero a los 30 días después de la aplicación, el número de malezas aumentó significativamente. Sin embargo, este hecho no mermó el rendimiento del cultivo, puesto que ya había pasado el período crítico de competencia de las malezas con el cultivo, pero no para el testigo sin control que permaneció enmalezado durante todo el ciclo del cultivo, el cual obtuvo el más bajo rendimiento. Al realizarse la prueba de Duncan (a=0.05) para los 15 días de la aplicación, se observa que la menor densidad de malezas en 50 cm2 corresponde a los tratamientos linuron 1.5 kg/ha, paraquat 2 l/ha, metribuzina 0.4 kg/ha, pendimetalin 2 l/ha y butachlor 2 l/ha, no existiendo diferencias significativas entre ellos. A los 30 días de la aplicación, se observa que la densidad de las malezas se incrementó y la menor densidad corresponde a los tratamientos linuron 1.5 kg/ha, pendimetalin l/ha, metribuzina 0.4 kg/ha, butachlor 2 l/ha, paraquat 2 l/ha, fluazifop butil 1.5 l/ha + 1 deshierbo manual y 3 deshierbos manuales, no existiendo diferencias significativas entre ellos. • Actividad herbicida a los 15 y a los 30 días después de la aplicación Los tratamientos que presentaron una mejor actividad herbicida a los 15 días de aplicación corresponden al pendimetalin 2 l/ha (8.25), metribuzina 0.4 kg/ha (7.5) y linuron 1.5 kg/ha (7.25) y relacionándolos con la tabla de evaluación empleada se dice que existió un buen Anales Científicos UNALM 192 control de las malezas presentes. A los 30 días de aplicación, los tratamientos que presentaron una mejor actividad herbicida corresponden al pendimetalin 2 l/ha (6.25), metribuzina 0.4 kg/ha (5.75) y al relacionarlos con la tabla de evaluación se dice que existió un control regular de las malezas presentes. Esto se explica debido a que los herbicidas aplicados tanto en presiembra como en preemergencia tienden a controlar eficazmente a la mayoría de las malezas inhibiendo su desarrollo. Además presentan acción residual en el suelo. • Tolerancia de las plantas a la actividad herbicida Los tratamientos no mostraron síntomas de intolerancia o fitotoxicidad a los productos herbicidas empleados. Al relacionarlo con la escala de puntuación EWRS, les corresponde la puntuación 1 que significa que en todos los tratamientos evaluados hubo ausencia absoluta de síntomas de intolerancia al herbicida aplicado. • Análisis económico: Los mayores índices de rentabilidad (%) corresponden a los tratamientos linuron 1.5 kg/ha con 77.48%, metribuzina 0.4 kg/ha con 73.78% y pendimetalin 2 l/ha con 48.07%. El tratamiento testigo sin control obtuvo una rentabilidad negativa de –84.82% CONCLUSIONES 1. El rendimiento más alto (2 690.75 kg/ha) se obtuvo con el herbicida linuron 1.5 kg/ha y el más bajo (207.25 kg/ha) se obtuvo con el testigo sin control. El rendimiento obtenido por el testigo sin control representa una reducción del 92.3 % en comparación con el rendimiento obtenido con el tratamiento con linuron 1.5 kg/ha. 2. El tratamiento que involucró un mayor costo de producción fue aquel en el que se realizaron 3 deshierbos manuales, y el tratamiento más económico se obtuvo con el herbicida butachlor 2 l/ha. 3. El tratamiento más rentable (77.48%) se obtuvo con el herbicida linuron 1.5 kg/ha debido a que en el área experimental predominaron malezas de hoja ancha, que son las que éste herbicida controla mejor. El tratamiento testigo sin control arrojó una rentabilidad negativa (-84.82%). 4. Las variables evaluadas en el cultivo más afectadas por la competencia con las malezas fueron: altura de planta (m), número de cabezuelas por planta, número de cabezuelas sin semilla por planta, número de aquenios por cabezuela, peso de 1000 semillas (g), peso seco de planta (g) y rendimiento (kg/ha). 5. Los herbicidas empleados y los deshierbos manuales disminuyeron el porcentaje de cobertura, la frecuencia y la densidad de las malezas presentes en el campo de cultivo. METODOS DE MANEJO DE MALEZAS EN EL CULTIVO DE CARTAMO (Carthamus tinctorius L.) EN LA MOLINA 193 LITERATURA CITADA • Actividad herbicida a los 15 y a los 30 días después de la aplicación Los tratamientos que presentaron una mejor actividad herbicida a los 15 días de aplicación corresponden al pendimetalin 2 l/ha (8.25), metribuzina 0.4 kg/ha (7.5) y linuron 1.5 kg/ha (7.25) y relacionándolos con la tabla de evaluación empleada se dice que existió un buen control de las malezas presentes. A los 30 días de aplicación, los tratamientos que presentaron una mejor actividad herbicida corresponden al pendimetalin 2 l/ha (6.25), metribuzina 0.4 kg/ha (5.75) y al relacionarlos con la tabla de evaluación se dice que existió un control regular de las malezas presentes. Esto se explica debido a que los herbicidas aplicados tanto en presiembra como en preemergencia tienden a controlar eficazmente a la mayoría de las malezas inhibiendo su desarrollo. Además presentan acción residual en el suelo. • Tolerancia de las plantas a la actividad herbicida Los tratamientos no mostraron síntomas de intolerancia o fitotoxicidad a los productos herbicidas empleados. Al relacionarlo con la escala de puntuación EWRS, les corresponde la puntuación 1 que significa que en todos los tratamientos evaluados hubo ausencia absoluta de síntomas de intolerancia al herbicida aplicado. • Análisis económico: Los mayores índices de rentabilidad (%) corresponden a los tratamientos linuron 1.5 kg/ha con 77.48%, metribuzina 0.4 kg/ha con 73.78% y pendimetalin 2 l/ha con 48.07%. El tratamiento testigo sin control obtuvo una rentabilidad negativa de –84.82%. CONCLUSIONES 1. El rendimiento más alto (2 690.75 kg/ha) se obtuvo con el herbicida linuron 1.5 kg/ha y el más bajo (207.25 kg/ha) se obtuvo con el testigo sin control. El rendimiento obtenido por el testigo sin control representa una reducción del 92.3 % en comparación con el rendimiento obtenido con el tratamiento con linuron 1.5 kg/ha. 2. El tratamiento que involucró un mayor costo de producción fue aquel en el que se realizaron 3 deshierbos manuales, y el tratamiento más económico se obtuvo con el herbicida butachlor 2 l/ha. 3. El tratamiento más rentable (77.48%) se obtuvo con el herbicida linuron 1.5 kg/ha debido a que en el área experimental predominaron malezas de hoja ancha, que son las que éste herbicida controla mejor. El tratamiento testigo sin control arrojó una rentabilidad negativa (-84.82%). 4. Las variables evaluadas en el cultivo más afectadas por la competencia con las malezas fueron: altura de planta (m), número de cabezuelas por planta, número de cabezuelas sin semilla por planta, número de aquenios por cabezuela, peso de 1000 semillas (g), peso seco de planta (g) y rendimiento (kg/ha). 5. Los herbicidas empleados y los deshierbos manuales disminuyeron el porcentaje de cobertura, la frecuencia y la densidad de las malezas presentes en el campo de cultivo. Anales Científicos UNALM 194 LITERATURA CITADA • • • • • • • • • • • • • • • • • • AGRICULTURA DE LAS AMÉRICAS. 1962. El Cártamo o Azafrancillo, otra Semilla Oleaginosa de Perspectivas Económicas. 11 (12):10-11. ALTIERI, M. 1997. Agroecología: Bases Científicas para una Agricultura Sustentable. CLADES, CIED/Secretariado Rural Perú-Bolivia. Lima-Perú. 512 p. CAJAR, A. 1969. Ensayo comparativo de herbicidas en el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.) var. Canario Divex. Tesis Ing. Agr. UNA La Molina. Lima-Perú. 93 p. CALZADA, J. 1971. Métodos Estadísticos para Investigación . Editorial Jurídica S.A. LimaPerú. 643 p. CERNA, L. 1994. Manejo Mejorado de Malezas. Ed. por CONCYTEC. Lima-Perú. 320 p. CIAT. 1979. Información Básica sobre la Competencia entre Malezas y los Cultivos. CIAT. Cali-Colombia. 40 p. CIBA-GEIGY. 1981. Manual para Ensayos de Campo en Protección Vegetal. Ed. por Werner Püntener, División Agricultura, CIBA-GEIGY. Basilea-Suiza. 205 p. CONROY, A. 1965. Aporte al conocimiento del Carthamus tinctorius en el Perú. Tesis Ing. Agr. UNA La Molina. Lima – Perú. 132 p. GARCIA – TORRES, L & FERNÁNDEZ – QUINTANILLA, C. 1991. Fundamentos sobre Malas Hierbas y Herbicidas. Editorial Mundi-Prensa. Madrid-España. 348 p. HELFGOTT, S. 1985. Control de Malezas. Universidad Nacional Agraria La Molina Facultad de Agronomía. Lima-Perú. 90 p. JANICK, J. 1974. Horticultura Científica e Industrial. Editorial ACRIBIA. Zaragoza-España. 551 p. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGRÍCOLAS DEL VALLE DE MEXICALI. 1984. Guía para la Asistencia Técnica Agrícola . Área de Influencia del Campo Agrícola Experimental del Valle de Mexicali-México. 145 p. KING, L. 1996. Weeds of the World: Biology and Control Plant Science Monographs. Ed. Leonard Hill. Grampian Press Ltd. London-Great Britain. 525 p. KNOWLES, P. & MILLER, M. 1965. Cártamo. Centro Regional de Ayuda Técnica-Agencia para el Desarrollo Internacional (A.I.D). México D. F.- México. 52 p. LABRADA, R. ; CASELEY, J. C. & PARKER, C. 1996. Manejo de Malezas para Países en Desarrollo. FAO. Roma - Italia. 403 p. ROBLES, R. 1989. Producción de Oleaginosas y Textiles. Editorial LIMUSA. México D. F. - México. 675 p. SÁNCHEZ, A. 1983. Cultivos Oleaginosos. Editorial TRILLAS. México D. F.-México.72 p. VILLARIAS, J. 1981. Guía de Aplicación de Herbicidas. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid-España. 853 p. ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. Bratzo Loechie Andaluz* Milo Bozovich Granados** RESUMEN La presente investigación tuvo corno objetivos la determinación de costos y rendimiento de madera rolliza a madera aserrada de la especie Prumnopitys harsmsiana (Romerillo hembra) en San Ignacio-Cajamarca, utilizando la motosierra como elemento cortante; y la determinación de costos de transporte con mulas de la madera aserrada con motosierra a punta o pulso. En base a la información de encuestas y aplicando el método empleado en la sección de Aprovechamiento Forestal de la UNALM, se determinó que el costo de aserrío de la madera aserrada con motosierra, en los bosques de neblina de San Ignacio-Cajamarca fue de S/. 190.29 por m3 o S/. 0.44 por la. El iendimiento de tiseitío ftic 53.75 %, toltitilido cuilio nitic%(111,14 tlozas y Con un cimi del este se considera elevado comparado con otros estudios realizados, esto se atribuye a-díversos aspectos como: el factor de forma de la especie estudiada, la sanidad, y el tipo de aserrío utilizado en la zona. Asimismo, el costo de transporte con mulas de la madera aserrada fue de S L 108.66 por M3 (a)o S/. 0.25 por pt. y el rendimiento de transporte fue de 0.12 M3 (a) 0 51 pt. por mula, para una distancia de 6 Km. SUMMARY The objectives of this study were to determine the cost and yield of transforming round wood into saved, wood, from the species Prumnopitys harsimsiana (Romerillo hembra) in San Ignacio-Cajamarca. using the chainsaw, and to determine the cost of handling and transporting the sawed wood with mules. * Ing. Forestal In &. Forestal. **Mg SC. Profesor Asociado del Departamento de Industrias Forestales UNALM Anales Científicos UNALM 196 Based upon information taken from check lists and applying to the method used in the University, Lima, National Agrarian Universitv. Lima - Faculty of Forestry, it was determined that the cost of sawing wood with chainsaw, was S/. 190, per m3 or S/. 0,44 per sf. From a sample of 44 logs, sawings’s yield was 53,75%, with an error of 12,36%. This level of yielding is considered high, in comparison to other studies, this is due to several reasons: the species ‘ forn factor, the good sanitary conditions of the logs and the characteristics of sawing utilized in the zone. Also, the cost of transporting sawed wood with mules was S/. 108,66 per m3 (a) or S/.0,25 per sf, and transportations yield was 0,12m3 (a) or 51 sf per mule, in a distance of 6 km. 1. INTRODUCCION En gran parte del territorio nacional no se hace actualmente un aprovechamiento racional de los bosques naturales; por el contrario, este recurso está sometido a la destrucción paulatina, para dar paso a otras actividades o a una explotación irracional desligada de todo plan de ordenamiento de bosques, que garantice una productividad permanente a través del tiempo. Es necesario por lo tanto, definir políticas sanas para tratar de conservar y hacer un mejor uso del recurso forestal, que traiga bienestar económico y social a las poblaciones locales de las zonas boscosas y aseguren un suministro continuo de productos forestales; dentro de esas políticas sanas se puede incluir el de fomentar investigaciones en las diferentes áreas del sector forestal, a través de las cuales podremos conocer mejor los bosques e identificar la mejor forma de aprovecharlos. En las ultimas décadas en el Perú el aprovechamiento forestal a introducido tecnologías modernas para satisfacer las demandas de materia prima a escala industrial, sin embargo en el país el aprovechamiento con métodos sencillos es aun bastante significativo, este aprovechamiento es realizado principalmente por pequeños extractores que habitan cerca de los bosques los cuales por falta de recursos económicos optan por utilizar métodos de extracción que incluyen el aserrío con motosierra, a punta o pulso. En los bosques de Neblina de San Ignacio- Cajamarca, el transporte de la madera aserrada en muchos casos se realiza con mulas recorriendo distancias aproximadas de 4 a 8 km. Por la falta de infraestructura de caminos y desconocimiento de otras técnicas de extracción. En el presente trabajo se analiza un método de aprovechamiento utilizado en la zona de San Ignacio Cajamarca y se determina la incidencia en la productividad y costos unitarios de operaciones de aserrío con motosierra y transporte con mulas de la especie Pninipiopitis harsnisia Los objetivos de la presente investigación son los siguientes: • Determinación de costos y rendimiento de madera rolliza a madera aserrada de la • especie Prumnopirys harsmsiana (Romerillo hembra) en Jaén - San Ignacio, utilizando la motosierra como elemento cortante. Determinación de costos de transporte con mulas, de madera aserrada con moto sierra a apunta o pulso. de la especie Prumnopirys harsmsiana (Romerillo hembra) en Jaén - San Ignacio. ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. II. 197 REVISION BIBLIOGRÁFICA UBICACION DE LA ZONA DE ESTUDIO El estudio se realizó en los bosques cercanos a la comunidad la Bermeja, ubicada en la cuenca Urumba la cual políticamente pertenece al distrito de Tabaconas provincia de San Ignacio, departamento de Cajamarca, Región Nor Oriental del Marañón. Según el estudio del proyecto OIMT (7) La zona se sitúa entre los paralelos Y 20” Sur y 05’ 301^ norte y los meridianos 79” 09”y 791151* de longitud oeste. con cotas altitudinales que varían aproximadamente entre 1000 y 2800 m.s.n.m. El área de trabajo, se localiza aproximadamente a seis horas de viaje por vía terrestre desde la ciudad de Jaén. SISTEMAS DE PRODUCCION DE MADERA ASERRADA CAMPOS Y BOZOVICH (4) mencionan que el empleo de la motosierra para aserrar está muy difundido en el país, a pesar de sus inconvenientes. Además indican que el mayor volumen de madera que se oferta en el país, es extraído por pequeños extractores, quienes operaban en concesiones de bosques naturales de hasta 1000 ha. Un número significativo de éstos, extrae la madera de los bosques transformando la madera rolliza a aserrada, junto al tocón mediante el aserrío a pulso con motosierra. éste procedimiento ocasiona gran desperdicio de la madera rolliza y los productos que se obtienen son de mala calidad, ya sea por ancho e irregularidad del canal de corte, así como por el rápido agotamiento de¡ operador de la motosierra. Mencionan, que el desperdicio de madera rolliza se incrementa por la falta de paralelismo de las caras y cantos de las tablas o tablones que se obtienen, obligando a que éstos sean reaserrados para darle las dimensiones compatibles con su uso final, se suma a estas pérdidas de madera rolliza la contenida en las cantoneras, las cuales son abandonadas en el bosque sin utilización alguna, no obstante que se trata de maderas valiosas altamente cotizadas en el mercado. GOMEZ (5) Menciona que el aserrío utilizando la motosierra en la zona de Jaén y San Ignacio esta bien difundido por la falta de aserraderos y la inaccesibilidad de sus bosques. Agrega, que en la zona se han detectado una gran cantidad de motosierras, de las cuales un gran porcentaje se utiliza para extraer madera ilícitamente y comercializarla sin ninguna autorización por parte del distrito forestal de Jaén. Las principales especies que son aserradas son el “Romerillo” y el “ Cedro”. APROVECHAMIENTO Y TRANSPORTE FORESTAL OTAVO (6), en su estudio realizado en Chile sobre extracción de trozas con bueyes y tractores agrícolas indica que en muchas regiones de¡ mundo el empleo de los animales constituye una aplicación importante como fuente principal de energía para realizar trabajos agrícolas, forestales y como medio de transporte. Son varios los animales utilizados para ejercer tracción, siendo los más importantes los bueyes, burros, caballos, elefantes, llamas, mulas y yaks. Anales Científicos UNALM 198 CRISTANSEN(7) menciona que los animales que más se adaptan al transporte de madera en el medio americano son los bueyes, los caballos y las mulas. Estos animales presentan una característica común cuando se emplean como fuerza de tiro: su capacidad de arrastre disminuye cuando aumenta la velocidad o la distancia de recorrido. Asímismo indica que la eficiencia relativa y los factores que gobiernan el uso de las mulas para el transporte forestal son muy similares a los mencionados para el transporte con caballos. Sin embargo. las mulas presentan algunas ventajas sobre los caballos en los siguientes aspectos: 1. 2. 3. 4. 5. Son más resistentes al calor, por lo que no se incapacitan tanto como los caballos cuando se calientan demasiado. y en consecuencia trabajan muy eficientemente en climas cálidos. Se excitan menos que los caballos. Son menos exigentes en la alimentación. Su costo inicial es más bajo. Con buenos cuidados y alimentación una mula puede trabajar 10 años; si trabaja una semana y descansa otra, su rendimiento es mayor y puede trabajar hasta 15 años Menciona que los animales que más se adaptan al transporte de madera en el medio americano son loa bueyes, los caballos y las mulas. Estos animales presentan una característica común cuando se emplean como fuerza de tiro: su capacidad de arrastre disminuye cuando aumenta la velocidad o la distancia de recorrido. ANAYA (1) menciona que el rendimiento de un sistema de transporte varía de acuerdo a las condiciones locales de¡ área explotada tales como suelos (permeabilidad, capacidad para resistir presiones); lluviosidad; topografía, pendientes distancias, capacidad de carga, voluúmen de carga., etc. VENTAJA/ CONVENIENCIA a. b. c. d. Poco riesgo ambiental Menores volúmenes de producción Lo pueden realizar agricultores y propietarios forestales Poca dependencia de aportes externos INCONVENIENTES a. b. c. Alta intensidad de mano de obra Disponibilidad de animales de tiro Baja productividad El mismo estudio menciona que se puede lograr una mayor eficiencia en la explotación maderera con menos daños a las masas remanentes, en operaciones que estén bien ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. 199 programadas, ejecutadas y controladas. En muchos casos, pueden reducirse los costos de explotación, en un 20% aproximadamente gracias a tales medidas. Las mejoras necesarias más corrientes incluyen: • • • Un buen sistema de caminos Apeo con caída orientada Extracción eficaz BENDZ (2) indica que los factores que influyen en la producción y costos de extracción forestal se distinguen aquellos que repercuten directamente y otros que desempeñan un papel secundario. En los métodos de desembosque por ejemplo, la distancia de transporte es importante e influye directamente en la producción, mientras que la distancia entre los árboles apeados, siempre que se mantenga entre límites razonables, repercute poco en la producción. III. MATERIALES Y MÉTODOLOGIA TROZADO Y CUBICACION DE TROZAS La operación consistió en seccionar el fuste del árbol en una o varias trozas tratando de aprovechar en la mejor forma la madera, para lo cual se limpiará el área contigua al tronco, con la finalidad de decidir la mejor opción de trozado. Se determinó el volumen de las trozas utilizando la fórmula de Smalian, los datos se tomaron en (cm) tanto el largo como el diámetro. Para el caso de¡ diámetro, se tomó dos medidas en cada extremo de la troza con la finalidad de obtener el diámetro promedio. Se aplicó la siguiente fórmula: V = Área Mavor + Área Menor x Largo 2 ASERRIO DE LAS TROZAS El aserrío de las trozas se realizó utilizando motosierras Stihl a pulso o punta. Las secciones a obtenerse en el aserrío serán de anchos variables y espesores de cuatro pulgadas según las medidas comerciales de la zona.. MEDICION DE LA MADERA ASERRADA La madera aserrada fue medida en el espesor y ancho con wincha: espesor (en cm) largo en (cm ), en el extremo que presentó las menores dimensiones, debido a las deficiencias en el aserrío manual, los datos obtenidos serán registrados en una libreta de campo. Anales Científicos UNALM 200 PROCESAMIENTO DE DATOS La fase de gabinete comprendió el procesamiento de los datos obtenidos en campo para obtener resultados generales de la evaluación. • • • • • • Número total de trozas medidas Rendimientos de aserrío Volumen de madera en metros cúbicos de las trozas Volumen de madera en metros cúbicos de los cuartones aserrados con motosierra Costos del aserrío y transporte con mula Rendimientos de transporte con mula METODOLOGIA PARA DETERMINAR LA PRODUCTIVIDAD EN EL TRANSPORTE Con el propósito de determinar los rendimientos y consecuentemente los costos de desembosque con mulas, se realizó un estudio de tiempos. La información obtenida se procesó encontrándose: el tiempo total por ciclo, el volumen de carga y los rendimientos; permitiendo con la información anterior determinar los costos por metro cúbico en la operación de desembosque con mulas. DESCRIPCION DE LAS FASES. El ciclo completo de la operación de desembosque con acémila, fue dividido en las cuatro fases elementales siguientes: • • • • Viaje vacío Cargado Viaje cargado Descarga DETERMINACION DEL TIEMPO TOTAL Para la determinación del tiempo total se procedió a obtener promedios de cada tina de las fases y luego se sumaron los promedios con lo cual se obtuvo el tiempo total promedio de la jornada. El viaje vacío y viaje cargado para esta investigación no fue muy variable ya que la distancia de transporte era la misma durante la toma de los datos. DETERMINACION DEL VOLUMEN DE CARGA POR VIAJE Para la determinación del rendimiento se calculó el volumen en m3 de carga por viaje. Al término de cada viaje se cubicaron los cuartones.. para tal efecto se midió cada cuartón; espesor, ancho y largo en centímetros. ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE 201 Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. El volumen que una mula puede cargar puede variar de acuerdo a la especie que se transporte, para nuestro caso la especie transportada para toda la investigación fue Romerillo hembra (Prumnopirys harsmsiana) la cual presenta una densidad alta, esto sumado a hecho que la madera se encontraba húmeda lo cual hacia la carga bastante pesada. en promedio. cada acémila transportó 50 pt. lo cual representa un peso aproximado de 150 Kg. DETERMINACION DE LOS COSTOS DE TRANSPORTE Con la finalidad de obtener elementos de calculo para la determinación de costos en el desembosque con mulas, se hizo una encuesta a los extractores, cuidando que la información recogida refleje las condiciones que con mayor frecuencia se presenta en la zona. Luego de hallar el costo diario de transporte con mulas, utilizando el método empleado por la sección de aprovechamiento forestal de la Universidad Nacional Agraria la Molina, se procedió a obtener el costo de transporte por metro cubico para lo cual se dividió el costo diario entre el volumen promedio de transporte por mula. IV. ANALISIS ESTADISTICO VARIABLES DE ESTUDIO: • • • • Rendimiento de madera rolliza a madera aserrada con motosierra. Costos del aserrio con motosierra. Rendimientos de transporte con mulos. Costos de transporte de madera aserrada con mulas. PRINCIPALES PARAMETROS • • • Volumen de madera aserrada con sierra de cadena Tiempos de transporte Volumen de carga por mula PRUEBA ESTADISTICA Para el análisis estadístico, se obtendrá el coeficiente de variabilidad de los volúmenes de las trozas de la especie Priumnopitys harsmsiana (Romerillo hembra) para luego obtener el número de muestras, utililizando la siguiente fórmula: u = CV2 x T2 x 100 E2 RESULTADOS Y DISCUSION Para procesar los datos de las unidades muestrales del volumen, se determinó el tamaño de muestra, utilizando un porcentaje de error de 15%. Anales Científicos UNALM 202 Luego de un muestreo inicial se determinó que el número de unidades muestrales debe ser 29 obteniéndose un coeficiente de variabilidad (CV) de 42 por ciento, sin embargo se tuvo la oportunidad de incnrementar las mencionadas unidades a 44 obteniéndose un CV de 41 por ciento consiguiendo que el porcentaje de error disminuya a 12.36% CUADRO Nº 1 PARAMETROS ESTADISTICOS Unidades Muestrales 44 Desviación estandar 0.62 Promedio m3 (r) 1.53 Coeficiente de Variabilidad 41% Error T 12.36% 2 RENDIMIENTOS DE ASERRI0 Durante el estudio realizado en la zona se evaluaron 44 trozas con diámetros y largos variables, llegándose a determinar que el rendimiento de aserrío de madera rolliza a madera aserrada de la especie Prumnopitys harsmsiana ( Romerillo hembra) utilizando la sierra de cadena como elemento cortante es de 53.75 %. Siendo la producción promedio de aserrío diario de 1,01 m 3 Este rendimiento es alto si se compara con los resultados obtenidos con sierra cinta por Taranco (29) 51 por ciento, Bazan (2) entre 42.6 y 44.3 por ciento y Gaviria (14) 55.4 por ciento. Este alto rendimiento obtenido obedece a un conjunto de factores; como el poco ahusamiento que presenta el fuste de la especie Pnumnopitys harsmsiana. por lo que su factor de forma es cercano a uno, lo cual se puede observar en la poca diferencia entre el diámetro mayor y el diámetro menor de las trozas evaluadas; otros factores son el tamaño de los cuartones obtenidos y trozas de diámetros grandes. Por otro lado, el alto rendimiento se puede atribuir al estado sanitario de las trozas las cuales en el 95 % de los casos, fueron trozas sanas. Asimismo, los términos contractuales para al aserrío, hace que los trabajadores obtengan el mayor volumen posible de cada troza. Se pudo hallar un rango de rendimiento de aserrío de madera rolliza a madera aserrada que va desde 30.08 a 70.26 ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE 203 Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. Las 44 trozas evaluadas suman un total de 67.37 m3 (r) y el total de metros cúbicos aserrados obtenidos fue de 36.19 m3 (a) El volumen promedio de las trozas que se asierran en la zona es de 1.53 m3 (r) CUADRO N- 2) PRODUCCION DIARIA La producción promedio diaria fue de 1.01 m 3 o 430.47 pt esta producción es aceptable teniendo en consideración las condiciones en las que se realizan las labores de aserrío, pues estas se ven afectadas por el clima, puesto que se trata de bosques de neblina, en los cuales a pesar de existir una época seca y otra de lluvias. las precipitaciones se presentan en forma periódica durante todo el año, lo cual afecta el trabajo de aserrío. Este factor es contrarrestado muchas veces por las brigadas construyendo un techo de plástico sobre la troza que se va ha aserrar lo cual permite trabajar durante las lluvias, bajando la producción diaria del aserrío. Otro factor que afecta la producción es que los motosierristas tienen que dejar de aserrar en el momento que la brigada de transporte llega a recoger la madera al bosque, ya que el arreador necesita la ayuda de mínimo una persona cuando la madera se encuentra cerca del camino y de dos cuando la madera encuentra en lugares más inaccesibles. Por otro lado en muchas ocasiones los árboles caídos se encuentran ubicados en lugares con pendientes muy pronunciadas, lo cual al momento de trozarlos. las trozas quedan mal posicionadas para realizar el aserrío por lo tanto necesitan muchas veces ser colocadas en la mejor posición esta acción demanda mucho tiempo y afecta la producción diaria. En la zona, las operaciones de aserrío se realizan utilizando motosierras cuya cilindrada oscila entre 90 - 120 cc. con barras de 36 “ para el aserrío y de 42 “ para el trozado; las brigadas de aprovechamiento cuentan con un jefe de brigada y el ayudante. Según las encuestas realizadas en la zona el periodo anual de trabajo de las brigadas de Aprovechamiento es de 140 días de trabajo efectivo, operando una jornada diaria, sin embargo mencionan que hay años en que las lluvias se intensifican lo cual reduce el tiempo de trabajo efectivo a 120 días disminuyendo la producción por año. Anales Científicos UNALM 204 CUADRO Nº 2 RESUMEN DEL CUARTONEADO DIARIO N º TR OZA V OL. R OLLIZO M3 V OL. AS E R R AD O M3 R E N D IMIE N TO % 1 1.82 1.14 65.15 2 0L63 0L35 56.26 30.08 3 1.98 0.60 4 1.11 0.66 59.94 5 1.30 0.65 50.05 6 1.00 0.66 66.75 7 0,68 0,31 45,86 8 0.63 0.34 54.76 9 1.87 1.07 57.05 58.09 10 0.92 0.53 11 0.90 0.52 57.74 12 0.73 0.46 62.66 13 1.04 0.46 44.61 14 1.01 0.41 40.42 15 0.85 0.37 43.80 16 1.11 0.61 54-38 17 1.02 0.48 46.59 18 1.43 0.80 56.19 19 2.19 1.29 59.06 20 2.55 1.41 55.28 21 2.19 1.14 52.19 22 1.25 0.76 60.72 23 1.38 0.74 53.98 24 1.06 0.63 59.58 25 2,56 1,17 45,73 26 1.79 1.14 63.34 27 2.16 1.52 70.27 28 2.04 1.16 56.97 29 1.45 0.69 47.94 30 2.01 0.92 46.03 31 0.98 0.67 68.86 32 2.15 1.09 50.61 33 1.764 0.94 53.89 34 2.21 1.24 56.14 35 1.62 0.77 47.29 36 2.13 1.33 62.76 37 2.56 1.35 52.75 38 1.08 0.59 54.29 39 0.96 0.46 47.94 40 1.28 0.69 53.60 41 2.48 1.16 46.61 42 2.35 1.33 56.70 43 2.42 1.22 50.25 44 0,75 0,33 43,70 C oef. Vari . % TOTA LE S ´P ROME D IOS 41 43 15 67.38 36.19 2364.84 1.53 0.82 P ROD UC C ION D IA RIA P ROME D IO P OR B RIGA D A 53.75 1.01 m 3 ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE 205 Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. COSTOS DE ASERRIO El costo de aserrío utilizando la motosierra fue S/. 190.29 por m3 (a) o SI. 0.44 por pt. este costo por metro cúbico se obtuvo teniendo en cuenta la producción promedio diaria de aserrío que fue de 1.01 m3 o 430.47pt. Se encontró que el rubro más significativo dentro de la estructura de este costo, es el de mano de obra el cual fue de S/. 142.05 que representa el 73.9 por ciento, este porcentaje elevado se debe principalmente a las características del contrato efectuado para realizar esta labor. En segundo lugar tenemos a los costos de operación de la motosierra el cual fue de S/. 29.76 que representa el 15.48 por ciento, dentro de este costo el factor más importante es el de reparación y mantenimiento el cual es el 70 por ciento de la depreciación, seguido por el consumo de mezcla de combustible. En los costos de operación de la motosierra, obtenidos en la investigación realizada por CAMPOS (8) se indica que el rubro lubricación para la cadena, es el más importante, sin embargo en la presente investigación se determinó que este rubro no es significativo, esto se debe a que en dicha investigación se utilizó aceite de lubricación comercial, mientras que el aceite que se utiliza en la Bermeja es aceite quemado aceite usado que perdió su poder lubricante), por el bajo precio. Este tipo de aceite no es recomendable porque disminuye la vida útil de la motosierra. Los costos de posesión ascienden a S/. 20.39 y representa el 10.6 por ciento del costo total; este costo puede variar dependiendo del valor de adquisición de la motosierra para efectos de la investigación se realizo los cálculos en base a una motosierra Stihl 088 con una cilindrada de 121 cc. ( CUADRO NO 3) RENDEMIENTOS DE TRANSPORTE En el presente estudio se pudo determinar un rendimiento promedio de transporte diario por mula de 0. 12 m3 (a) o 51 pt este rendimiento puede variar de acuerdo a la especie que se esta transportando y a la distancia de transporte, para la presente investigación se trabajo con una sola especie y una sola distancia lo cual se ve reflejado en la poca variabilidad de los valores de tiempos de transporte y volumen de carga. Los volúmenes de carga transportados durante toda la investigación tuvieron un rango que van desde 0. 10 m o 42 pt. Hasta un máximo de 0. 15 M3 (a) o 64 pt (CUADRO N‘ 4) Durante el transporte de madera del bosque al centro de acopio se desarrollan una serie de labores, estas fueron separadas en fases para realizar el estudio de tiempos y así sistematizar la investigación. Durante la investigación las labores fueron separadas en cuatro fases; viaje vacío, cargado, viaje cargado, descarga y el tiempo improductivo. El tiempo total promedio obtenido por jornada fue de 277.46 minutos o 4.6 horas de las cuales el viaje vacío represento el 38.37 por ciento del tiempo total de la jornada, el cargado represento el 16.44 por ciento del tiempo total, el viaje de regreso representó el 33.8 por ciento del tiempo total de la jornada. la descarga represento el 7.51 por ciento del tiempo total y finalmente el tiempo improductivo represento el 3.79 por ciento del tiempo total de la jornada. Anales Científicos UNALM 206 El tiempo de viaje vacío es mayor que el tiempo de viaje cargado, esto se explica debido a que el viaje vacío es de subida con pendientes en muchas zonas muy pronunciadas. El tiempo improductivo representó un 7.51 por ciento del tiempo total, este tiempo ocurre principalmente cuando la madera que es transportada se afloja y requiere ser ajustada por arreador, otra causa es que cuando el terreno se encuentra mojado por las lluvias la mula se resbala, cae y ya no puede levantarse, en esta situación el arreador tiene que soltar la carga, esperar que la mula se levante y volver a asegurar la carga. Los tiempos promedios obtenidos para efectos de investigación fueron los siguientes: CUADRO Nº 3 CALCULO DE COSTOS DE LA MOTOSIERRA POR DIA S/./día S/./día 1.- COSTOS DE POSESION (CP) 20.39 1.1 - Depreciación I - (b + c) ND 1.2 Interés sobre la inversión media anual (I-R)(n+1) i 2n 15.76 4.63 D 2.- COSTOS DE OPERACION (CO) 29.76 2.1 - Depreciación de la barra 2.2- Depreciación de la cadena 2.3- Mezcla combustible 2.4- Aceite de lubricación de la cadena b/D 2.14 c/Nc 5.73 (a x Pa) + ( ea x Pg) ga + a ca x pa 2.5- Mantenimiento y reparación 70% de la depreciación 3.- COSTOS DE MANO DE OBRA (CMO) 9.45 1.41 11.03 142.05 Precio pactado con el contratista por aserrío 0.3 S/Pt.= 139.92 S/./m3(a) Producción diaria promedio 430.477 Pt.= 1.0 1 m3 (a) COSTOS DE FUNCIONAMIENTO POR DIA (1+2+3) 192.20 ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE 207 Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. CUADRO Nº 4 DISTRIBUCION DE LOS TIEMPOS DENTRO DE LA JORNADA Y RENDIMIENTO DIARIO DE TRANSPORTE NUMERODE MULOS VIAJE VACIO CARGADO VIAJE CARGADO DESCARGA TIEMPO IMPRODUCTIVO VOLUMEN POR PIARA min inin mili min min min m3 6 94 35 63 í4_ 10 0.68 6 100 38 85 22 30 0.67 6 95 53 70 23 lo 0.73 7 98 45 130 18 60 0.96 6 95 41 73 22 10 0.75 8 105 50 120 25 30 0.97 7 90 35 130 22 lo 0.80 6 105 45 95 25 5 0.80 7 130 70 115 19 20 0.89 7 90 50 105 22 5 0.95 7 115 55 80 25 5 0.85 6 125 40 85 18 5 0.77 6 105 30 85 23 5 0.77 7 90 40 75 18 5 0.91 6 120 60 70 21 5 0.74 7 130 60 110 15 5 0.77 7 105 50 90 18 5 0.86 7 110 40 105 19 10 0.82 7 121 30 100 17 10 0.91 Coef. Var.% 12 23 21 14 107 11 PROMEDIO 106.47 45.63 94 20.84 12.89 0.82 208 Anales Científicos UNALM CUADRO Nº 5 PROMEDIO DE TIEMPOS OBTENIDOS RUBROS TIEMPOS % (minutos) Viaje vacío 106.47 38.37 Cargado 45.63 16.44 Viaje cargado 94.00 33.87 Descargado 20.84 7.51 Tiempo improductivo 10.52 3.79 TOTAL 277.46 100% El tiempo total promedio por jornada de trabajo fue de 277.46 min COSTO DE TRANSPORTE El costo de transporte con mulas es S/. 108.66/m 3 (a) o S/. 0.25 por pt para una distancia de 6 Km. siendo este costo significativo comparado con el precio que se paga por la madera en el mercado local el cual es de S/ 0.80 por pie tabla. El costo de transporte de madera aserrada por viaje de cada mula cargando en promedio 0.12 m3 S/. 13.04, siendo el costo mas significativo el de posesión. el cual es S/. 5.80 el cual representa el 44.47 por de obra S/. 2.85 que representa el 21.85 por ciento de¡ costo total .(CUADRO NO 6) Como se puede ver el costo de posesión es el mas significativo 44.47 por ciento, esto se puede atribuir al elevado precio que tiene la mula en la zona S/. 1200.00, los aparejos que se utilizan para transportar la madera (silla, sogas, etc ) que tienen un costo elevado en el mercado local. El costo de transporte por pie tablar de madera aserrada con motosierra hallado en el presente estudio, se considera elevado S/ 0.25 si comparamos con el precio de la madera en el mercado local el cual es de S/. 0.30 pt. representando el 31.25 por ciento. ANÁLISIS DE COSTOS DE ASERRIO CON MOTOSIERRA Y TRANSPORTE CON MULAS, DE LA ESPECIE 209 Prumnopitys harsnuiana (Romerillo hembra) EN LOS BOSQUES DE NEBLINA DE SAN IGNACIO - CAJAMARCA. CUADRO N‘ 6 CALCULO DEL COSTO HORARIO DE DESEMBOSQUE CON MULA S/ Elementos de calculo ( información básica). Valor de la mula 1200.1 Valor de la silla de carga y accesorios 95.00 Valor de 5 metros de soga 15.00 Días efectivos de trabajo 70 Vida util de la mula 15 años Vida util de la soga 140 Vida util de la silla de carga y accesorios 140 Jomal del arreador 20.00 Interes 18% La información obtenida de la encuesta realizada a los dueños de las acémilas y arreadores CALCULO DE COSTOS POR DIA S/./Día 1. Costos de la mano de obra (por mulo) Jomal de arreador S/20.00 (por una piara de 7 mulos) 2.85 2. Costos de posesión (I + D) 5.80 2.1 Interes sobre el capital medio anual (1) 2.2 Depreciación de la mula (D) 4.66 1.14 3.- Costo de operación 4.39 3.1 Costo de depreciación de la silla de carga y accesorios 0.68 3.2 Costo de alimentación ( alimentación diaria de las mulas) (Una hectárea x mulo al año; valor de una hectárea S/. 200.00) (Entre 70 días efectivos de trabajo) 2.86 3.3 Costos de dosificación ( medicamentos) ( 5% del valor de la mula) Costo diario de desembosque con mulas (1+2+3) 0.86 13.04 Anales Científicos UNALM 210 VI. CONCLUSIONES Una adecuada capacitación al personal en el manejo de las motosierras, incrementaría sustancialmente la productividad diaria que se obtiene actualmente en la zona de estudio. El sistema de acuerdo contractual para el pago de la mano de obra utilizado en la zona es el que mejor se adapta a las condiciones locales de trabajo. porque motiva al trabajador a incrementar su producción diaria. El rendimiento obtenido en el aserrío de madera rolliza a madera aserrada con motosierra para la especie Prumnopitys harsnisiana (Romerillo hembra) es 53.74% el cual se considera alto comparado con otros estudios realizados de rendimiento.. esto se atribuye a diversos factores como el factor de forma, sanidad y tipos de corte. En el sistema de extracción empleado en la zona . las mulas se desplazan una distancia de 6 Km. transportando 0. 12 m3 (a) o 51 pt. requiriendo para ello un tiempo promedio de viaje cargado 45,63 min. y un viaje vacío 106.47 min. este sistema es el mas adecuado por la topografía accidentada existente y por la ausencia de vías de acceso. Los costos de aserrío por m3 ( S/. 190.29 o SI. 0.44 pt,) y el de transporte con mulas por m (a) (SI. 108.66 o S/. 0.25 pt), representan un porcentaje muy significativo en la estructura de costos para determinar el precio de la madera, que en el mercado local es S/. 0.80 por pt. 3 VIII. BIBLIOGRAFIA 1. ANAYA, H; QUEVEDO, T. Metodología para Determinar Costos y Rendimientos en Operaciones de Apeo y Transporte Forestal. Seminario FAO/SIDA/MEXICO sobre el transporte de trozas en países de América Latina. FAO . Roma Italia (127-152) p 2. BENDZ, M. and JARVHOLM, A. 1970 Logging and Transport in Tropical High Forests. Royal College of Forestry. Department of Operational Efficiency. Stockholm - Suecia. BONZANO, E. El Aserradero Más Pequeño U Mundo, de Bajo Costo y Alto RendimientoLima -Peú. 3. 4. CAMPOS, R; BOZOVICH, M. 1997. Diseño, Construcción y Prueba de un Equipo Auxiliar para Aserrío con Motosierra Lima - Perú.18 p. 5. GOMEZ, S. 1987 estudio Diagnostico de la Industria Forestal en el Ámbito del proyecto Microregional Forestal Jaén - San Ignacio Lima - Perú 6. P. CHRISTIANSEN Y H. ANAYA, año 1986 Aprovechamiento Forestal; análisis en Apeo y Transporte. 247 p. 7. Proyecto OINIT PD 38/99---ManejoForestal Comunal Demostrativo en los Bosque Naturales de Neblina” En La Cuenca Urumba, San Ignacio. Lima - Perú. IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS Milo Bozovich Granados*, Mario Osorio D. RESUMEN En la provincia de Tahuamanu del departamento de Madre de Dios, sudeste de la amazonia peruana, se evaluaron los daños ocasionados por la extracción selectiva convencional aplicada en una sección de bosque tropical de relieve llano; además se simuló una operación de tala dirigida y se comparó con los resultados del daño ocasionado por la tala convencional aplicada . En el proceso de extracción el 0.17 % de los individuos con dap > 10 cm fueron removidos, ocasionando el daño del 3.78% de los individuos remanentes dentro del área de estudio. Asimismo el 3.6 % del área boscosa fue afectado por las actividades extractivas. La tala de árboles afecto afectó en promedio 13.2 árboles por árbol talado y se afectaba 445.7 m2 de bosque. En la construcción de vías para el arrastre, el tractor arrollaba en promedio 4.03 individuos dap > 10cm por cada 100 m de recorrido. La tala tradicional de árboles dañó en promedio mas árboles por árbol talado que la tala dirigida (14.6 Vs. 10.1 ind./árbol talado. Prueba T – student; p> 0.0039). La extracción ocasionó un bajo impacto al bosque debido a su baja intensidad de extracción, sin embargo las labores de extracción deficientes produjeron daño innecesario al bosque. SUMMARY In the Tahuamanu región of Madre de Dios, siuthern Peruvian Amazonia. Selectiva Logging damage caused by conventional system of comercial timber extraction (most Mahogany and Cedar) was measured in one 50 ha tract of rain forest. Besides a directional felling operation was simulated to compare with real operation results of trees damaged in remain forest. In the process although only 0.17% of all the trees > 10 cm dbh was extracted additional 3.78 % of trees were damaged and 3.6 % of the ground area in the forest tract was affected during logging * Profesor Asociado del Departamento de Industrias Forestales 212 Anales Científicos UNALM operations. In the trees felling operation we found tha 13.2 trees wew damaged per tree felled and the mean ground area affected was 445.7 m2. During the construction of logging roads 4.03 trees dbh > 10 cm, were smashed per 100m of skidder skid trails. More trees were damaged in the conventional tree felling than in the directional tree felling (14.6VS 10.1 tree felled) (Student’s T-test; p > 0.0039) The Selective logging caused low impact in the forest tract because the low intensity of extraction but unplanned and inefficient loggiong practices produced unnecessary damage to reamain forest. INTRODUCCION En el Perú, la Extracción forestal en la mayoría de bosques tropicales es realizada sin planificación y por extractores sin capacitación técnica. En la actualidad, en el país, no se cuenta con información puntual sobre el impacto que se produce al bosque mediante la extracción selectiva tradicional, que el sistema de extracción mas utilizado. En ese sentido, es necesario la investigación sobre el efecto que originan las actividades extractivas en la amazonia peruana y los beneficios que se podrían obtener de una adecuada intervención. El presente trabajo tiene como objetivo determinar el impacto sobre la regeneración natural que porduce la extracción selectiva de maderas de Caoba y Cedro, realizada por una empresa extractora local en un área boscosa de relieve llano de la región Tahuamanu, en el departamento de madre de Dios. En el estudio, además se discute las posibilidades de aplicación de las tala direccional de árboles en la reducción del impacto sobre la regeneración natural del bosque en estudio. REVISION BIBLIOGRAFICA. Según el Ministerio de Agricultura (1991), en la selva peruana, la mayor parte de la extracción de madera (80%) esta en manos de pequeños extractores que operan en bosques de hasta 1000 ha.; emplean motosierras y herramientas manuales, aprovechan la fuerza hídrica producida por las quebradas y ríos en épocas de lluvias, para el transporte de las trozas. El 20% restante se extrae con técnicas mecanizadas; uso de tractores forestales especializados y caminos adaptados para el transporte. Este porcentaje corresponde a contratos para áreas mayores a la 1000 ha. Según Dykstra. D. y Heinrich R. (1996 los daños que sufren los ecosistemas forestales durante el proceso de extracción, son generalmente de tres tipos: alteración y compactación del suelo, daño a los arroyos y daño a los árboles remanentes y otra vegetación. La extracción selectiva es una práctica muy común en la explotación comercial de maderas en los bosques tropicales (Johnson, N y Cabarle, B., 1995). Este método de extracción se caracteriza por extraer un numero limitado de especies de interés comercial que generalmente representa un porcentaje pequeño del número total de árboles presentes (Botkin, D.B. y Talbot L.M. 1992). Sin embargo, según algunos estudios realizados, el daño que se ocasiona puede ser severo, Johns, A.D. (1988). Encontró que en la extracción de un bosque de dipterocarpáceas IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS 213 al oeste de Malasia, al extraer el 3.3% de los árboles, el 50.9% de los árboles remanentes resultados eliminados o dañados. Del mismo modo, Uhl. C. Y Viera 1. (1989), econtraron que la extracción de un pequeño porcentaje de árboles (1.7%), originó el daño severo sobre el 26% de los árboles con dap > cm, en un bosques en la región de Paragominas en la Amazonia Brasileña. En los últimos años se ha incrementado el interés por reducir los efectos dañinos al bosque, en ese sentido, se han elaborado lineamientos y normas estandarizadas para este fin (OIMT, 1996). El término Extracción de Impacto Reducido (EIR) esta siendo utilizando cada vez con mayor frecuencia para definir al conjunto de técnicas de extracción que se implementan a los planes de manejo forestal con la finalidad de reducir el daño al ecosistema boscoso mediante la aplicación de prácticas de extracción normalizadas y de un mejor aprovechamiento del bosque, reduciendo el desperdicio de madera en la extracción. Pinard, M.A. et. al (1995) manifiestan que los lineamientos de EIR generalmente consideran especificaciones importantes como el estudio previo a la extracción, corta de lianas y trepadoras, la tala dirigida y otras. Según señala la OIMT (1990), la eficacia y la sustentabilidad de la ordenación forestal dependen en gran medida de la calidad de las operaciones de tala. Estas ejecutadas incorrectamente pueden en gran medida de la medida de la calidad de las operaciones de tala. Estas ejecutadas incorrectamente pueden tener serias consecuencias adversas al medio ambiente; como la erosión, contaminación del hábitat, la reducción de la diversidad biológica y pueden arriesgar la aplicación de las técnicas silviculturales. La tala dirigida o tala controlada es una técnica que, en general, es incluida en los sistemas de extracción de impacto reducido, tiene como objetivo principales; reducir el daño sobre la regeneración natural y facilitar las operaciones de saca, dentro de un sistema de extracción integrado. Boumans, H y Delff, W.v. (1996), señalan que en la tala controlada, un árbol es tumbado de tal forma que este cae precisamente en un lugar que es indicado de antemano, de esto depende que el tronco cortado permanezca sin daño y que el daño a los individuos remanentes sea reducido al mínimo posible. Además, el riesgo para el talador es reducido considerablemente. AREA DE ESTUDIO. El área de estudio se encuentra ubicada en la Micro Región Iberia-Iñampari, en la provincia de Tahuamanu en el departamento de madre de Dios. El estudio se realizó en una sección de bosque de 50.4 ha, dentro de una concesión para extracción de maderas otorgada a una empresa extractora local. Geográficamente se encuentra ubicada en las coordenadas: 11º 26´ S, 69º 36’ W. El área de estudio es clasificado como Bosques de Terrazas altas discectadas, presenta topografía plana a ligeramente ondulada, no son inundables y son generalmente de buen drenaje, estan conformadas por materiales aluviónicos antiguos. El volumén promedio por árbol es de 149º.69 m3/ha y la densidad promedio de individuos de 142.33 arb./ha (el dap mínimo considerado es de 10 cm.) (UNALM, 1985). Anales Científicos UNALM 214 La región presenta una temperatura media anual de 25º C. Los meses más fríos son entre mayo y setiembre, la precipitación anual se encuentra dentro de un rango de 1600 a 1800 mm correspondientes a estaciones en Iberia e lñapari, siendo el período lluvioso entre octubre y abril. La Extracción selectiva fue realizada por un equipo de extracción de 5 a 7 personas. Las especies de interés eran Swietenia macrophylla “caoba” y credrela odorata “cedro” y fueron extraídas mediante un sistema de extracción mecanizada de maderas, utilizando motosierras en las operaciones de corta y un Tractor Forestal CAT 315C modelo “Skidder”, con winche, en el arrastre profesional forestal. Las principales actividades que realizaban eran: La instalación del campamento, el marcado de árboles, la tala de árboles, la apertura de vías de arrastre y el arrastre de trozas a los patios de trozas. METODOLOGIA. 1. FASE DE CAMPO. 1.1. Antes de la extracción Los árboles marcados para la extracción fueron ubicados antes de las operaciones de tala, registrándose sus principales dimensiones (altura, total, altura del fuste, dap, proyección de copa) y características morfológicas (forma de la copa, extensión de ramas, etc), así como su dirección de inclinación natural, conocida como dirección de caída natural (DCN). A partir de cada árbol se delimitaron parcelas de evaluación que comprendían número de individuos de especies arbóreas, de interés para el estudio (regeneración natural con dap > 10 cm.) 1.2. Determinación de las parcelas de evaluación. Las parcelas de evaluación se delimitaron según - (DCN), dirección a la que se talan los árboles convencionalmente. El área comprende: una sección bajo la copa (por la influencia de ramas de la copa y el astillado o desplazamiento del fuste) y una sección de circunferencia con un ángulo de 55" a ambos lados de la DCN y un radio de alcance de 1.5 veces la altura total del árbol. En cada parcela se realizó el levantamiento de la regeneración natural, clasificando a los individuos en categorías diamétricas de 10 a 20 cm dap, de 20 a 40 cm dap y de 40em dap a más. 2. Después de la extracción. Después de realizadas las actividades extractivas (tala de árboles y arrastre de trozas), las parcelas, fueron visitadas nuevamente para evaluar los daños sobre la regeneración natural. IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS 215 En las parcelas, se determinó la dirección a la que había caído el árbol (DCR) para encontrar variaciones respecto a la DCN a la cual había sido talado. Seguidamente, se hizo un levantarniento del área de impacto de caída y se procedió a registrar los árboles que habían sido dañados que pudieran verse. El daño en la regeneración natural se clasificó según la gravedad como: leve (daños en la corteza o desprendimiento de ramas), moderado (desprendimiento de ramas importantes que pudieran deformar la copa) o severo (aplastado, quebrado. descopado y extirpado). El registro del total de los árboles dañados se culminó en la fase de gabinete, como se explicara mas adelante. Adicionalmente se hizo el levantamiento del área dañada por las maniobras de posicionamiento del tractor en el arrastre de trozas. El total de vías de arrastre abiertas dentro del área de estudio fue levantado, midiendo el ancho del camino (registrado cada 100 m aprox.). Asimismo se realizó el registro de los individuos arrollados por el paso del tractor por distancia de recorrido. FASE DE GABINETE 1. Elaboración de mapas. A partir de los datos de ubicación obtenidos en la fase de campo se elaboró un grupo de mapas utilizando el software SIG MapMaker 2.0. Los datos obtenidos en la fase de campo fueron procesados en hojas de cálculo y convertidos en archivos gráficos vectoriales para obtener los siguientes mapas: • Mapa de las Vías de Arrastre. Este mapa muestra el recorrido del tractor y el trayecto de los caminos dentro del área de estudio, presenta además la ubicación de los árboles extraídos. • Mapas de dispersión de la Regeneración Natural Estos mapas muestran la regeneración natural comprendida en el área de influencia de caída de los árboles talados antes de realizar la intervención, en ellos se gráfica la ubicación del árbol principal y de la regeneración natural diferenciada por categoría diamétrica. • Mapas de área de impacto de caída. Estos mapas muestran el área de impacto de caída de los árboles después de la tala mostrando la dirección de caída real del árbol talado. 2. Determinación de la Regeneración Natural dañada y el área de bosque afectado. Para determinar el daño ocasionado por la tala, sobre la regeneración natural, se utilizaron los mapas de dispersión de la R.N. de cada parcela. Seguidamente se sobrepuso los Anales Científicos UNALM 216 mapas M área de impacto de caída correspondientes a cada árbol, registrándose los individuos que fueron afectados por la caída del árbol talado. La información tomada en la fase campo complementa la información haciéndola mas precisa. El daño a la regeneración natural, ocasionado por la construcción de vías de arrastre se determinó cuantificando el número de individuos con dap k 10 cm arrollados por el paso del tractor, en secciones del trayecto recorrido por el tractor, El área de bosque afectada fue determinada con ayuda del mapa de vías de arrastre. 3. Simulación de la Operación de Tala Dirigida. A partir de los mapas de dispersión de la regeneración natural obtenidos, se eligió una dirección de caída según los criterios técnicos de la tala dirigida encontrados en la literatura (Frisk, r, Campos, R., 1979; Masson y Cedergren, 1996; Bournans y Delfi, 1996; Tanner, ti., 1997). Seguidamente se gráfico el área de impacto que tendría tomando en cuenta las características del árbol, sus dimensiones y la proyección del árbol en esa dirección, así como las características del área de impacto ocasionado en la operación real para posteriormente comparar los resultados en ambos procedimientos. La dirección de caída simulada elegida se estableció dentro de un rango del ángulo de giro mínimo de 45" con respecto a la dirección natural de inclinación, tomando en cuenta que una tala dirigida es perfectamente posible de realizar dentro del rango mencionado (H.Boumans y W. Y. Delft, 1996). Así rnismo en el registro de los individuos dañados en la tala dirigida simulada se consideraba como afectados a los individuos muy cercanos al limite del área de impacto de caída graficado y a los individuos que estando fuera resultaron afectados en la operación real. RESULTADOS En la extracción selectiva se extrajeron 12 individuos de diámetros comerciales de las especies: Sweitenia miacrophylla «Caoba» (11) y Cedrella odorata «Cedro» (1). El Volumen total de madera rolliza extraída fue de 108.31 m3. Solo se extrajo el 0.17% de los individuos existentes (0.24 arb/ha), sin embargo. la extracción comercial de estos individuos ocasionó el daño sobre el 3,78% del total (Ver Gráfico No. 1), siendo el número total de árboles afectados 283. entre regeneración natural dañada y árboles removidos para el aprovechamiento comercial de madera, lo que representó el 3.95% de los individuos con dap >10 cm, dentro de¡ área de estudio. De¡ mismo modo, en el proceso de extracción se afectó el 3.6% del área de estudio (18,152.26 m2) (Gráfico No2). Esto significó que en promedio por cada árbol extraído se afectaron otros 23.6 individuos y Se afectaron 1.513 m2 de bosque (Ver Cuadro Nº 1). Construcción de Vías de Arrastre. De las vías de arrastre trazadas en el mapa de vías de arrastre (4.701 Km) la distancia recorrida por el tractor dentro del área de estudio fue de 2,805.36 m. Previamente el tractor IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS 217 recorrió una distancia de 1.895.95 ni desde el campamento hasta el área de estudio (Ver Gráfico No 3). El ancho promedio de las vías fue de 4,34 m (DS=1,7; NM=27) y tenían una pendiente reducida (no mayor de 20%). Por cada sección de 100 metros recorridos por el tractor, en promedio 4.02 individuos con dap > 10 cm eran arrollados, siendo afectados un total de 113 árboles con dap > 10 cm en la construcción de vías en el área de estudio. Tala de Árboles. En la tala de árboles no se fijó un diámetro mínimo de corta. El diámetro promedio de los árboles talados fue de 1.06 m. siendo el individuo con menor diámetro de 0.75 m dap y el de mayor diámetro de 1.32 m dap, La dirección de caída real (DCR) con respecto a la dirección elegida (DCN), presentó una variación máxima a la izquierda de 29 grados y a la derecha de 27 grados. Por cada individuo talado en promedio se dañaron 13.2 árboles con dap > 10 cm se afectaron 445.7 m2 de bosque (Cuadro N’1). El Tipo de daño clasificado como leve, moderado y severo, se presentó en la siguiente proporción: 7.0%, 10.1% y 82.9% respectivamente, y estuvo distribuido en las diferentes Clases diamétricas (Ver Gráfico N»4). Gráfico No 1.- Porcentaje de Arboles Dañados en la Extracción Gráfico No 2.- Porcentaje de Área de Bosque afectado en la Extracción Anales Científicos UNALM 218 Cuadro No 1, Distribución del daño por Actividades Extractivas. Daño sobre el Área de bosque bosque afectado (M2) Actividad extractiva Total M2 Regeneración natural dañada Por árbol % talado Total Por árbol talado Tala de árboles 5,348 29.5 445.7 170 13.2 Constr. De Vías 12,175 671 1014.6 113 94 M. de Posicionamiento 629 3.5 52.4 --- --- TOTAL 18,152 100 1,513 283 23.6 Gráfico Nº 3.- Mapa explicativo del Area de estudio y las vías de arrastre Mapa explicativo del Area de Estudio IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS 219 NUMERO DE INDIVIDUOS Gráfico Nº 4.- Regeneración Natural dañada en la Tala de árboles dímitribuido por clase diamétrica. TIPO DE DAÑO Tala Tradicíonal Vs. Tala Dirigida La regeneración natural dañada con el método tradicional de tala de árboles fue mayor que en el método de tala dirigida. En prolongación 14.56 individuos por árbol talado bajo el método tradicional (DS=5.98) y 10. 11 individuos por árbol talado bajo el método de Tala Dirigida (DS=33.48) (prueba T-Student; p > 0,0039). El daño por categorías diamétricas de 10 a 20 cm, 20 a 40 cm y de 40 cm a más de dap fue de 8.89, 4,78 y 0.89 individuos por árbol talado respectivamente para la tala tradicional y de 6.78, 2.78 y 0,56 individuos por árbol talado respectivamente en la tala dirigida simulada (prueba T-Student . p:> 0.0568. p >0.0 104, p >O. 1950) (Ver Gráfico N»5). NUMERO DE INDIVIDUOS Gráfico Nº 5.- Daño ocasionado por la tala de árboles mediante la tala tradicional y la tala dirigida, distribuída en categorías diamétricas. 220 Anales Científicos UNALM DISCUSION La extracción de solo el 0.2% de los árboles con dap > 10 cm dentro de las 50.4 hectáreas de Bosque del Área de estudio originó el daño del 3.8% de los árboles remanentes. El pequeño porcentaje de árboles extraídos (menos del 1% o 0.2 árboles por hectárea) y aún el porcentaje total de regeneración natural afectada es realmente pequeño como para considerar significativo el daño que se ocasiona sobre el bosque remanente. Del mismo modo, la formación de claros y aberturas producto de la remoción de vegetación fue del 3.6% del área de estudio, que al igual que el porcentaje de individuos extraídos resulta pequeño. Por otro lado, en el análisis del daño ocasionado por árbol extraído, se observa que otros 23.6 individuos son afectados y 1513 m2 de bosque perturbado en promedio, lo que refleja la capacidad de daño que poseen las actividades extractivas, producto de las deficiencias en su ejecución. Este daño no puede ser percibido en magnitud en los resultados absolutos por la baja de intensidad a la que es extraído el bosque. Si comparamos los resultados obtenidos con los de A.D.Johns (1988), que encontró que en un bosque de Dipterocarpáceas. al oeste de Malasia, extrayendo 3.3% de árboles se destruyó el 50,9%, asimismo Uhl. C. y Viera. 1. (1989) encontraron que 1.7% de todos los árboles mayores a 10 cin dap fueron extraídos y luego del proceso de extracción el 26% fue eliminado o dañado en la región de Paragonifias en el estado de Para en Brasil, resultados similares se encuentran por Johns, J. et al (1996) en Brasil y Pinard, M.A. y Putz, F.E., 1986 en Sabah Malasia, todas estas experiencias igualmente con metodologías de extracción selectiva consideradas deficientes, tiene un valor contundentemente menor, sin embargo, la proporción del daño causado en estos estudios es de aproximadamente 15 veces la intensidad de extracción, mientras que el sistema de extracción estudiado es de mas de 20 veces la intensidad de extracción. Los resultados obtenidos sobre el impacto del proceso de extracción sobre el bosque dentro del área de estudio nos inducen a calificar el impacto como bajo sobre el bosque remanente, si consideramos que las perturbaciones naturales a pequeña escala son comunes en Bosques Tropicales (Uhl. C. et al, 1990). La muerte natural de árboles es precisamente la que ocasiona estas perturbaciones que en su mayoría da origen a pequeñas aberturas en el dosel. Si se considera que la extracción selectiva en la región del Tahuamanu se encuentra en una etapa inicial de mecanización, la apreciación sobre el impacto que se puede causar al bosque podría variar en la medida que se extiendan las prácticas extractivas y aumente la intensidad de las extracciones. La extracción selectiva practicada en la región del Tahuamanu posee características similares a la de otras regiones de la Amazonía Peruana, sin embargo a diferencia de otras regiones con mayor desarrollo de la industria forestal, la extracción manual y mecanizada de baja intensidad se presenta en mayor proporción. Es cierto que la utilización de máquinas como los tractores forestales. facilitan el trabajo de extracción de trozas de valor comercial pero es necesario que se cuente con adecuados procedimientos en su utilización, de este modo no solo se podría reducir los extracción de la extracción sino también lograr una mayor eficiencia de uso. IMPACTO DE LA EXTRACCIÓN SELECTIVA DE “CAOBA” Y “CEDRO” SOBRE LA REGENERACIÓN NATURAL EN UN BOSQUE TROPICAL DE SELVA BAJA EN MADRE DE DIOS 221 CONCLUSION • La extracción selectiva aplicada a un bosque tropical en la región del Tahuamanu, presentó un bajo impacto sobre la regeneración natural en general. • Se encontró una diferencia en la cantidad de regeneración natural afectada, entre a tala efectuada en la extracción y la tala dirigida orientada a minimizar el impacto. • La falta de capacitación del personal encargado de la ejecución de las operaciones de extracción, así como la ausencia de un profesional capacitado, originó que se produjera un mayor impacto sobore la regeneración natural. BIBLIOGRAFIA 1. BOTKIN, D.B.; TALBOT, L.NI. 1992. «Biological Diversity and Forests». In: N.P. Sharma.(ed.). Managing rhe World’s [,*Forests, Looking for Balance Between Conservation and Development. lowa, U.S.A. 2. BOUMANS, H.; DELFIT, W.v., 1996. Mission Report, «(Cameron Controlled felling tecniques.». IPC groene ruimte, Camerún. 3. DYKSTRA, D.P.; HEINRICH, R. 1996. Código Modelo de Prácticas de Aprovechamiento Forestal de la FAO. Roma. Italia. 4. FRISK, T.; CANIPOS, R. 1979. Manual de Motosierras. Proyecto PNUD/FAO/PER/ 78/003. Lima. Perú. 5. JOHNS, A.D. 1988. «Effects of Selective Timber Extraction on Rain Forest Structure and Composition and Some Consequences for Frulivores and Folivores». Biotropica (E.U.A.) 20:31-37. 6. JOHNS, J.; BARRETO, P.; UHL, C. 1996. ‘Logging damage during planned and unplanned logging operations in the eastem Amazon». Forest Ecology and Managernent 89 (1996) 59-77. 7. JOHNSON, N.; CABARLE, B. 1995. 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Ministerio de Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente, Santa Cruz, Bolivia. 118 p. «EVALUACION DE DOS TECNICAS DE DETERMINACION DE CENIZAS INSOLUBLES EN ACIDO COMO INDICADOR INTERNO EN ESTUDIOS DE METABOLICIDAD CON POLLOS DE CARNE» Rosa Cueva L.1 Víctor Guevara C.2 RESUMEN El objetivo de esta investigación fue evaluar las técnicas de Vogtmann et al. (1975) y de Van Keulen y Young (1977) usando las cenizas insolubles en ácido (CIA) como indicadores internos en estudios de metabolicidad en dietas de pollos. Se realizaron dos ensayos: El Ensayo 1 con una dieta referencial y el Ensayo 2 con una dieta práctica. Se evaluaron los siguientes parámetros para cada ensayo: metabolicidad de la materia seca y porcentaje de recuperación de indicador en la excreta. Para el Ensayo 1, sólo la metabolicidad de la materia seca fue significativamente menor (P<.05) para el método de Vogtmann et al (1975). Para el Ensayo 2, no hubo diferencias estadísticas significativas en ninguno de los parámetros evaluados. El método de Van Keulen y Young (1977) es 53% del costo del método de Vogtmann et al (1975 . Los resultados sugieren que el método de Van Keulen y Young (1977) usando las CIA como indicador interno podría ser usado en estudios de metabolicidad en dietas para pollos debido a su menor costo, seguridad y resultados comparables a la colección total. SUMMARY Comparisions were made of Total Fecal Collection (TFC) method and Acid-Insoluble Ash (AIA) natural marker method in metabolizability assays in poultry diets. Two laboratory analytical procedures (Vogtmann et al. method and Van Keulen and Young method) were used to determine the AIA content of feed and fecal samples. Two trials were conducted: Trial 1 was conducted using a reference diet and trial 2 with a practical one. The parameters evaluated for each trial were: metabolizability of dry matter (DM) and recovery (%) in excreta of AIA . For trial 1 Ing. Zootecnista. Mg. Sc. en Nutrición. Profesor Auxiliar, Dpto. Nutrición - UNALM 2 Ing. Zootecnista, Ph D. Profesor Principal, Dpto. Nutrición - UNALM 224 Anales Científicos UNALM 1, metabolizability of DM was significantly lower (P<.05) for Vogtmann et al. method in relation to Van Keulen and Young method and TFC method. For trial 2, there were no significant differences between the two AIA analytical procedures and TFC method for the parameters evaluated. Van Keulen and Young method was 53% less expensive than Vogtmann et al. method. Van Keulen and Young method using AIA as internal marker was found to be most convenient in metabolizability assays in poultry diets because of its lower cost, safety and similar results to TFC method. INTRODUCCION Las aves consumen alimento, bajo condiciones de alimentación ad-libitum, para satisfacer sus requerimientos energéticos que varían de acuerdo al tamaño corporal, actividad física, tasa de producción y temperatura ambiental. Por lo tanto, si el nivel de energía de la dieta regula el consumo de alimentos y de nutrientes, entonces un adecuado balance de nutrientes depende de la determinación de la energía metabolizable consumida por el ave. El principal problema en estudios de metabolicidad es determinar la relación excreta / consumo empleándose el método de colección total (Hill y Anderson, 1958). Esta relación se obtiene más fácilmente a partir de la concentración del indicador en el alimento y en la excreta. Los indicadores pueden ser añadidos al alimento (indicador externo) como el óxido crómico, óxido férrico, minerales quelados, sílice y polietileno; o pueden ser componentes naturales del alimento (indicador interno) como la fibra cruda, lignina y cenizas insolubles en ácido (Bondi, 1988). El óxido crómico es el indicador más empleado; sin embargo, su costo y disponibilidad limitan su uso. La ceniza insoluble en ácido como indicador interno en ovinos fue usada por primera por Shrivastan y Talapatra (1962), determinándose que los coeficientes de digestibilidad fueron similares a los obtenidos por colección total. Sin embargo, posteriormente aparecieron nuevas técnicas como las de Vogtmann et al. (1975) y de Van Keulen y Young (1977), concluyéndose que el método de cenizas insolubles en ácido como indicador externo es similar al de colección total. Posteriormente se han realizado estudios con la técnica de Vogtmann et al (1975. para determinar la energía metabolizable en pollos de carne del hominy feed (Bernuy, 1999), de la torta de girasol (Rodríguez, 1999) y del polvillo de arroz (Vigil, 1999) concluyéndose que no existen diferencias significativas con el método de colección total. También se ha determinado la energía metabolizable en pollos de carne del alga Chara globularis (Quijano, 1996) y del sebo de vacunos (Valencia, 2000) con la técnica de Van Keulen y Young (1977) concluyéndose que no existen diferencias significativas con el método de colección total. Las cenizas insolubles en ácido han sido propuestas como indicadores externos, añadiendo fuentes de ceniza a la dieta. Sin embargo, no hay estudios donde se les hayan empleado como indicadores internos teniendo como única fuente el aporte del alimento o en situaciones donde el contenido de cenizas insolubles es muy bajo. Por otra parte, han aparecido nuevas técnicas de determinación de cenizas insolubles que reducen la variabilidad en la determinación y el costo. «EVALUACION DE DOS TECNICAS DE DETERMINACION DE CENIZAS INSOLUBLES EN ACIDO COMO INDICADOR INTERNO EN ESTUDIOS DE METABOLICIDAD CON POLLOS DE CARNE» 225 Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue evaluar dos técnicas de determinación de cenizas insolubles en ácido como indicador interno en estudios de metabolicidad con pollos de carne: Técnica de Vogtmann et al.(1975) y Técnica de Van Keulen y Young (1977). MATERIALES Y METODOS La presente investigación tuvo dos ensayos: el Ensayo 1 fue la evaluación con una dieta referencial (dieta con glucosa) y el Ensayo 2 con una dieta práctica o comercial. Las evaluaciones biológicas se realizaron en la Sala de Baterías y los Análisis Químicos en el Laboratorio de Evaluación Nutricional de Alimentos del Departamento de Nutrición de la Universidad Nacional Agraria La Molina, empleándose una batería metálica de 5 pisos, con dos divisiones por piso, con calefacción controlada por termostato y en cada división, dos comederos, un bebedero y una bandeja para la colección de excreta. El alimento fue suministrado ad-libitum en forma de harina y elaborado según las recomendaciones del NRC, 1994. El Ensayo 1 se realizó durante el mes de Mayo del 2000 y se utilizaron 30 pollos asignados al azar a 03 bloques de 10 aves cada uno, con una dieta en base a glucosa desde el primer día de edad y el Ensayo 2 se realizó en el mes de Junio del 2000 empleándose 03 pollos asignados al azar a 03 bloques de 1 ave cada uno, con una dieta práctica o comercial desde el primer día de edad. La composición de las dietas se muestran en el Cuadro 1 Los tratamientos fueron: el primero, método de Colección Total (Hill y Anderson, 1958) ; el segundo, método de Cenizas Insolubles, técnica de Vogtmann et al (1975 y el tercero, método de Cenizas Insolubles, técnica de Van Keulen y Young (1977). Para determinar la metabolicidad de la materia seca (qMS) con la técnica de colección total se empleó la siguiente fórmula: q MS = (materia seca ingerida - materia seca excretada) x 100 materia seca ingerida mientras que la fórmula empleada para la técnica de cenizas insolubles fue: q MS = (1 - % indicador alimento en base seca) x 100 % indicador excreta en base seca Los parámetros evaluados fueron: metabolicidad de la materia seca y porcentaje de recuperación del indicador. Adicionalmente se hizo un análisis de costos entre las técnicas de cenizas insolubles. El análisis estadístico fue un Diseño Bloque Completo al azar con 3 tratamientos (técnicas) y 3 bloques correspondientes al piso de la jaula, realizándose un análisis de variancia y 226 Anales Científicos UNALM para la comparación de medias se utilizó la prueba de Duncan, con un α ≤ 0.05 (Calzada, 1982). RESULTADOS Y DISCUSION En el Ensayo 1, la metabolicidad de la materia con el método de colección total fue similar estadísticamente a la determinada con la técnica de Van Keulen y Young (1977) (Cuadro 2), lo que concuerda a lo reportado por Quijano (1996) y Valencia (2000) quienes no encontraron diferencias entre ambos métodos. Sin embargo, esta relación fue significativamente menor para la técnica de Vogtmann et al (1975) cuando se comparó con el método de colección total. Estos resultados son diferentes a los reportados por Talavera (1999) y García (1999) quienes no encontraron diferencias estadísticas entre ambos métodos empleando dietas de referencia. En el Ensayo 2, la metabolicidad de la materia seca con método de colección total fue similar estadísticamente a la determinada con ambas técnicas de cenizas insolubles (Cuadro 3). El contenido de cenizas insolubles en ácido en la dieta referencial fue de 0.131% con la técnica de Vogtmann et al y de 0.124% para la técnica de Van Keulen y Young, siendo mayor para la dieta práctica 0.182% para Vogtmann et al. y de 0.172% para Van Keulen y Young. Por lo tanto, las diferencias estadísticas encontradas sólo en la dieta referencial del Ensayo 1 con la técnica de Vogtmann et al. podrían deberse al menor contenido de cenizas insolubles en la dieta referencial y a la menor precisión de la técnica, ya que alguna parte de la muestra se adhiere a las paredes del vaso de precipitado. El porcentaje de recuperación del indicador fue estadisticamente similar entre los tratamientos evaluados en ambos ensayos (Cuadro 4 y 5). El costo por litro de solución de HCl 4N es de S/. 11.12, mientras que para el HCl 2N es de S/. 5.93 . CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En el Ensayo 1 (dieta referencial), la metabolicidad de la materia seca fue significativamente menor con la técnica de Vogtmann et al (1975), no existiendo diferencias en cuanto al porcentaje de recuperación del indicador según las técnicas evaluadas. En el Ensayo 2 (dieta práctica), no existen diferencias estadísticas significativas en ninguno de los parámetros evaluados. El costo de un litro de una solución de HCl 2N (Técnica de Van Keulen y Young, 1977) es del 53 % con respecto a la solución HCl 4N (Técnica de Vogtmann et al., 1975) Se recomienda utilizar la técnica de Van Keulen y Young (1977) en estudios de metabolicidad en pollos por su menor costo, mayor seguridad y resultados comparables a la colección total y realizar estudios comparando ambas técnicas en otras especies. «EVALUACION DE DOS TECNICAS DE DETERMINACION DE CENIZAS INSOLUBLES EN ACIDO COMO INDICADOR INTERNO EN ESTUDIOS DE METABOLICIDAD CON POLLOS DE CARNE» 227 BIBLIOGRAFIA Bernuy, E. M., 1999. Determinación de la energía metabolizable del hominy feed por dos métodos en pollos de carne. Tesis Ingeniero Zootecnista. Facultad de Zootecnia. Universidad Nacional Agraria La Molina (UNA La Molina). Lima - Perú. 72 pp. Bondi, A. A., 1988. Nutrición Animal. Editorial Acribia S.A. Zaragoza - España. 546 pp. Calzada, J., 1982. Métodos Estadísticos para la Investigación. Ed. del autor. 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Determinación de energía metabolizable para aves del polvillo de arroz por dos métodos. Tesis Ingeniero Zootecnista. Facultad de Zootecnia. Universidad Nacional Agraria La Molina (UNA La Molina). Lima - Perú. 58 pp. Vogtmann, H., H.P. Pfirter and A.L. Prabucki., 1975. A new method of determining metabolizability of energy and digestibility of fatty acids in broiler diets. British Poult. Sci. 16:531-534. Anales Científicos UNALM 228 Cuadro 1 : Insumo Composición Porcentual de las Dietas Referencial % Práctica % Glucosa 50.000 -------- Subproducto de trigo --------- 6.620 Harina de soya 25.860 10.780 Harina de pescado prime 10.400 13.000 Maíz grano molido 8.660 65.290 Aceite vegetal 3.000 3.000 Carbonato de calcio 0.754 0.870 Fosfato dicálcico 0.748 0.750 DL metionina 0.243 0.160 Premix para pollos 0.100 0.100 S al 0.135 0.030 Cloruro de colina 0.100 ------- 100.000 100.000 TOTAL «EVALUACION DE DOS TECNICAS DE DETERMINACION DE CENIZAS INSOLUBLES EN ACIDO COMO INDICADOR INTERNO EN ESTUDIOS DE METABOLICIDAD CON POLLOS DE CARNE» Cuadro 2: 229 Metabolicidad de la Materia Seca de la Dieta Referencial según el Método Empleado Ceniz as Insolubles a , b Bloque Coleccion total Vogtmann et al. Van Keulen y Young 1 88.93 83.80 87.09 2 88.31 81.28 3 89.00 80.84 Promedio 88.75 a ± 0.4 81.97 b ± 1.6 88.35 86.83 87.42 a ± 0.8 Letras diferentes indican diferencias estaddísticas significativas (α<0.05). Cuadro 3: Metabolicidad de la Materia Seca de la Dieta Práctica según el Método Empleado Ceniz as Insolubles Bloque Coleccion total Vogtmann et al. Van Keulen y Young 1 84.26 82.88 81.70 2 78.12 78.36 77.66 3 78.82 76.70 78.44 Promedio 80.40 ± 3.4 79.31 ± 3.2 79.27 ± 2.1 Anales Científicos UNALM 230 Cuadro 4 : Porcentaje de Recuperación del Indicador en la Dieta Referencial según el Método Empleado Ceniz as Insolubles Bloque Vogtmann et al. Van Keulen y Young 1 69.7 84.1 2 69.6 98.2 3 58.2 81.4 Promedio Cuadro 5: 63.7 ± 5.77 87.9 ± 9.02 Porcentaje de Recuperación del Indicador en la Dieta Práctica según el Método Empleado Ceniz as Insolubles Bloque Vogtmann et al. Van Keulen y Young 1 88.4 85.0 2 97.6 96.3 3 88.0 97.4 Promedio 91.3 ± 5.43 92.9 ± 6.86 FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL Aníbal Verastegui1, Elsa Vega2, Maria Cristina Miglio3 RESUMEN La variación cíclica del oxigeno y amonio ha sido estudiada con amplitud en asociación con el consumo de alimento. Así también se han venido perfeccionando los diseños con el propósito de simplificar la instalación, disminuir la inversión y elevar la eficiencia en la remoción de desechos. Con esta orientación se ha instalado un sistema de recirculación, con fines experimentales, compuesto por una serie de acuarios, un separador de sólidos con placas y un biofiltro de percolación. En esta instalación, compuesta de 16 acuarios de 60 l cada uno, fueron colocados 128 juveniles de tilapia roja de 77 g a los que se les proporciono alimento extruido. Se observaron niveles de oxigeno en el sistema en el rango de 2.3 a 5.7 mgl -1 y por debajo de los valores de saturación de oxigeno mínimo recomendados para la especie. De otro lado los valores de amonio estuvieron en el rango de 0.2 a 0.5 mgl-1. Complementariamente han sido evaluados parámetros como temperatura, pH, turbidez, dureza y nitratos. Los resultados indican que el factor determinante de la máxima capacidad de carga es el oxigeno, habiendo soportado el sistema un total de 17 Kg de peso vivo a una tasa diaria de alimentación del 2.5 %. 1 2 3 Docente Profesora Asociada Profesora Auxiliar 232 Anales Científicos UNALM ABSTRACT Cyclical fluctuations in ammonia and oxigen have been studies widely related with food consumption. As well as recirculating water systems design ñhas been testing with the purpose of simplifying the facilities, to diminish the investment and to elevate the efficiency wn waste removal. Red tilapia in a number of 128, with an average size of 77 g were reared in aquariums of 60 I each provided them with commercial pellets in a recirculating water system. The facilities included an aquarium batch, a lamellas solid removal separator and a trickling filter. Oxygen levels in the rank of 2.3 a 5.7 mgl –1were observed and saturation values below the minimum recommended for the specie. Of the other side ammonia levels were in the order of 0.2 a 0.5 mgl-1. Complementary parameters as pH, temperature, turbidity, hardness and nitrate were assess. Disolved oxygen was probably the most limiting factor to determine the maximum carrying capacity, since 17 Kg of live weight at a feeding rate of 2.5% body weight per day was stocked in the system. INTRODUCCIÓN La crianza comercial de peces en modelos intensivos de recirculación va alcanzando cada vez mayor importancia por cuanto hace uso de menores volúmenes de agua, ambientes controlados, una relativa libertad de ubicación, control sobre agentes causantes de enfermedades y sobre todo las tasas de crecimiento y producción controladas por la temperatura, Muir (1995). El reto del diseño de sistemas de recirculación es maximizar la capacidad de producción por capital invertido, en este sentido se ha desarrollado una línea de investigación en esta área que va mas allá de tres décadas, Losordo et al (1999). Las áreas de particular importancia se refieren a diseños de los sistemas de remoción de sólidos con respecto a la filtración biológica y principalmente a la dinámica y control de operaciones de recirculación, particularmente en términos de oxigeno, amonio, nitrito, dióxido de carbono y variaciones en el pH entre otras. La tilapia, cuyo mercado ha crecido a razón de 12 % anual en los últimos cinco (05) años, es una especie que se adapta ventajosamente a la crianza en sistemas de recirculación Helfrich (2000), por su tolerancia al hacinamiento y a niveles extremos de amonio y oxigeno. Por tal motivo los objetivos del presente trabajo son determinar los parámetros de caracterización del sistema de recirculación y las fluctuaciones diarias de amonio y oxigeno FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 233 disuelto en las unidades de cultivo con tilapia Oreochromis spp. , en una primera fase durante los meses más cálidos del verano como condición extrema, MATERIALES Y METODOS El estudio fue realizado en el Laboratorio de Acuicultura de la Universidad Nacional Agraria La Molina, Perú, durante sesenta (60) días, entre Enero y Febrero del 2001. DESCRIPCION DEL SISTEMA DE RECIRCULACION La operación del sistema de recirculacion se inició en el mes de Octubre del año 2000, y fue cargado desde el inicio con alevines de tilapia roja Oreochromis spp. de un criadero en el departamento de Piura. El sistema de recirculación está compuesto por dieciséis (16) acuarios de vidrio y una unidad de tratamiento de agua de 0.75 m3 aproximadamente. El efluente de las unidades de cultivo es conducido a un filtro mecánico y luego pasado por un biofiltro para ser después bombeado a un tanque regulador de 0.7 m3 que se encuentra a una altura de 2.50 metros desde donde retorna a los acuarios. El filtro mecánico se compone de dos áreas: la primera un sedimentador de placas con 12 placas de sedimentación de fibra de vidrio dispuestas cada 0.05 m con un ángulo de 60 grados. La segunda a la cual el agua llega por rebose, es un tanque que cuenta con una malla de retención de perlón dispuesta en una estructura rectangular de PVC, que retiene los sólidos en suspensión evitando su ingreso al biofiltro. El biofiltro esta dividido a su vez en dos partes una denominada biofiltro de inmersión, totalmente cubierto con agua, en su interior se han dispuesto valvas de concha de abanico para la fijación de bacterias nitrificantes, y la segunda un biofiltro percolador que se compone de un sustrato de tubos de plástico polietileno, distribuidos al azar en su interior, funciona con un flujo descendente de agua distribuido uniformemente sobre el área transversal del filtro, manteniendo húmedo el sustrato donde se fijan las bacterias nitrificantes. Las características físicas de los componentes del sistema, dimensiones, tasas de flujo y carga hidráulica se presentan en la tabla Nº 1. Y un esquema del mismo indicando sus componentes en la Fig. N º1. CARACTERÍSTICAS DEL CULTIVO DE PECES Un grupo de tilapias rojas, todos machos por reversión sexual – hormonal, con peso promedio de 77 gramos fueron distribuidas en forma randomizada en los acuarios en densidades promedio de 16 peces por acuario, equivalente a una carga inicial de aproximadamente 16 Kgm -3. La tasa de flujo se reguló a razón de 80 litros por minuto equivalente a una capacidad de carga de 0.177 Kgl-1m-1 Este caudal se mantuvo constante durante el periodo de experimentación. El alimento empleado fue de tipo extruido de marca ALICORP, sus características se presentan en la tabla Nº 2. La ración diaria como porcentaje de peso corporal, de 2.5 % fue Anales Científicos UNALM 234 TABLA 1: Características físicas e hidraulicas del sistema de recirculación C audal D ependiente de densidad C audal/ac uario U nidad de C ultivo 57 litros C audal total U nid.C ultivo 80 litros por m inuto 3 Volum en total U nid. C ultivo 0,91 m T iem po de re sidencia 11,4 m in C ontrol de nivel de agua R ebos e por tubo vertic al T ipo -1 5,3 Vol hora T as a de recam bio Sedim entador de placa s/ta miz de perlón N úm ero de Plac as T anque sedim entador, F iltro m ec ánico kg/litros por m inuto 5 litros por m inuto Volum en neto/ac uario 12 Area plac a 0,13 m 2 Area T otal de placa s 1,56 m 2 Angulo de Inc linación 60 grados Volum en de agua total 500 litros T as a H idraúlica de c arga 230 m 3 m -3 d 74 m 3 m 2 d T iem po de re sidencia -1 -1 6,25 m in T ipo F lujo des cendente de percolac ión C arac terísticas m edio filtrante - T ipo T ubos de m alla plástica 117 m - Superficie esp e cífi ca - F rac ción vac ios Biofiltro 2 m -3 0,96 Altura de lecho filtrante 0,62 m 0,066 m Volum en de lecho filtrante Volum en T otal agua T as a de carga hidraúl i ca 3 0,05 m 3 345,6 m 3 m -3 d -1 2,24 m 3 m -2 d -1 T iem po de re sidencia 19 s C audal 12 litros por m inuto C arac terísticas T ipo T am año R evoluciones por m inuto Bom ba/C isterna de Abas tec im iento C arga de trabajo (hidros tática) D es carga (total i mpulsión) C entrífuga 0,5 H P 3450 R PM 5,5 m 0,132 m 3 m in Linea de suc ción (PV C , φ ) 1,5 pulg R ebos e (en tanque regulador), ( φ ) 1,5 pulg C audal R ebose (en tanque regulador) -1 40 litros por m inuto Volúm enes de: - C ultivo (acuarios) - Sedim entador - Biofiltro Sis tem a G eneral 0,91 m 3 0,5 m 3 0,05 m 3 0,7 m 3 - T uberías 0,05 m 3 T OT AL VO LU M EN 2,21 m 3 - T anque regulador Ingres o de agua fresc a R ec am bio con agua fresc a 75 litros por día 3,4 % .d -1 FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 235 Anales Científicos UNALM 236 dividida en dos comidas entregadas a las 09:00 am y 14:00 pm. No se alimento los sábados y domingos. Tabla Nº2: Análisis del Alimento Balanceado Pelet Extruido Flotante Proteína cruda % 32.0 min. Fibra cruda % 4.0 máx. Extracto etéreo % 6.0 min. Sal (NaCl) % 0.2 min. Ceniza % 12.0 máx. Sal (NaCl) % Humedad % 12.0 máx. Energía digestible KcalKg 0.6 máx. -1 2750 min. Durante el experimento se realizaron dos controles biometricos, los peces fueron pesados con una balanza OHAUS modelo Scout con una precisión de 0.1 g, para calcular la tasa de crecimiento, densidad de carga final, factor de conversión del alimento con las siguientes formulas: Incremento de Peso: fue hallado mediante la formula de Hopkins (1992) citado por Montoya (2001). ∆ W = Wf – W i donde: ∆ W = Incremento de peso (gramos) Wf = Peso final (gramos) W i = Peso inicial (gramos) Tasa de Crecimiento: fue definida mediante el uso de la formula propuesta en Steffens, (1987). TC = Incremento de peso en un periodo (t) Número de días en el periodo (t) Conversión Alimenticia: usando también la ecuación de Steffens, (1987) CA = Cantidad de ingesta por unidad experimental (g) en un periodo (t) Incremento de peso por unidad experimental (g) en el periodo (t) EVALUACION DE LA CALIDAD DE AGUA El muestreo de agua del sistema se efectuó cada tres horas, durante veinticuatro horas en tres fechas distintas: los días 13, 15 y 19 de febrero del 2001. Las muestras fueron tomadas al ingreso y salida de los acuarios. FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 237 Las pruebas realizadas y la metodología o instrumentación empleada se describen en la tabla Nº 3. Tabla Nº 3 Metodología o instrumentación utilizada en los análisis de agua efectuados. PARAMETRO UNIDAD Temperatura ºC Oxigeno ppm y %saturación METODOLOGÍA / EQUIPO nsor de temperatura Oximetro Marca Yellow Spring Instruments Modelo 5S/ 12 FT PH --------- Potenciometro Marca Hanna Instruments modelo HI 1208 checker Conductividad µSiemens por cm. Conductivimetro Marca American Marine INC. Turbidez FTU Turbidimetro Marca Hanna Instruments modelo HI Alcalinidad mg CaCO3 l Dureza mg CaCO3 l Modelo Pin Point  93703 -1 Amonio mg l Nitratos mg l -1 -1 Método de Titulación * -1 Método Complexometrico con EDTA Kit Marca La Motte Kit Marca La Motte * La metodología utilizada es la que presenta el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 17 º Edición – APHA RESULTADOS CRECIMIENTO Y UTILIZACIÓN DEL ALIMENTO Los peces iniciaron el experimento con un peso promedio de 77 g aproximadamente, siendo alimentados a una tasa del 2,5 % del peso corporal. Durante la fase de evaluación presentaron un crecimiento lento (0,51 g día –1 ) alcanzando un peso final promedio de 88.5 g. El factor de conversión alimenticia promedio, obtenido durante la etapa experimental, fue de 2,47 habiéndose administrado una cantidad promedio de alimento de 374 g día –1 a todo el sistema. La carga inicial de 16, 55 kg m-3 incremento a 18,75 kg m -3 al final del experimento. Se pueden apreciar los resultado obtenidos en la tabla Nº 4. Anales Científicos UNALM 238 Tabla Nº 4: Peso promedio (g), tasa de crecimiento Conversión Alimenticia y carga (kg m –3 ) de la Tilapia roja (Oreochromis spp.). Peso promedio Carga (g) (kg m ) Inicial 77 16.55 Final 88.5 18.75 –3 Tasa de crecimiento Conversión Supervivencia Promedio (g día ) alimenticia promedio (%) 0,51 2,47 100 –1 CALIDAD DE AGUA Y PRODUCCIÓN DE DESECHOS Los resultados de calidad de agua se presentan en las Tablas N º 5, 6 y 7 para los tres días de evaluación. Temperatura En los valores de temperatura en los puntos de ingreso y salida del sistema se ha observado una variación entre un mínimo de 27.3ºC y un máximo de 32 º C para las tres fechas de muestreo. Analizando la información puede observar valores ligeramente mas elevados en el ingreso versus la salida, sin embargo no se visualiza perdida de energía en el sistema. Del mismo modo siendo el sistema no regulado para temperatura, esta fluctúa en función de la temperatura ambiental, notándose un ligero incremento de dos grados conforme avanzan los días, entrando hacia la época más calurosa del verano. Turbidez Se ha observado valores máximos de turbidez de 1.26 NTU y mínimos de 0 NTU, relacionándose los mismos a las horas de alimentación, limpieza (sifoneo) de acuarios, es decir a operaciones de manejo del sistema. Se ha diseñado un filtro mecánico, en el cual la materia fecal se concentra por sedimentación, sin embargo durante el desarrollo del experimento con tilapias se pudo apreciar que en combinación con el tipo de alimento las heces que formaban eran de características filamentosas y con un alto grado de flotabilidad, lo que de cierta manera impedía su remoción por sedimentación. El material flotante fue retenido en el perlon colocado en el segundo compartimento, recambiándose este cada dos días, de esta manera la eficiencia del sistema de remoción de sólidos se incremento en términos cualitativos en un 50 %. PARAMETRO TEMPERATURA TURBIDEZ pH COND. ELECTR. OX. DISUELTO OX. DISUELTO AMONIO NITRATOS ALCALINIDAD DUREZA LUGAR DE MUESTREO Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida UNIDAD 09:00 28,5 28 0,35 NTU 0,95 6,7 6,79 3,89 µ S/cm 3,84 4,77 -1 mgl 4,4 62,6 % Saturacion 55 0,2 -1 mgl 0,4 33,5 mgl-1 26,1 -1 ****** mg CaCO3 l ****** 1560 mg CaCO3 l -1 ºC 12:00 27,6 27,5 0 0,26 7,22 7,06 3,95 4,28 5,7 5,51 72,2 69,7 0,2 0,3 40 20 40 54 15:00 29 29 0 0,19 7,07 6,97 3,61 3,86 4,53 3,9 57 52 0,2 0,2 40 60 43 52 18:00 29,2 29,1 0,05 0,37 6,9 6,9 3,9 3,9 4,94 3,8 64 48 0,2 0,3 40 40 47 45 21:00 29 28,9 0,23 0,29 7,01 7,01 3,67 3,97 4,38 2,86 55 37,1 0,2 0,2 20 20 44 40 00:00 28,6 28,5 0,15 0,54 7,09 7,09 3,95 3,97 3,28 3,09 42,4 39,6 0,2 0,3 30 30 42 45 03:00 28,2 28,1 0,27 0,52 7,1 7,11 3,85 3,86 3,11 2,87 39,7 36,8 0,2 0,2 40 30 45 47 06:00 27,5 27,3 0,3 0,37 7,21 7,24 4,01 3,62 3,35 3,29 42,5 41,5 0,2 0,2 30 20 40 45 FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL TABLA 5: VALORES DE CONTROL DEL DIA 13 DE FEBRERO DEL 2001 239 240 TABLA 6: VALORES DE CONTROL DEL DIA 15 DE FEBRERO DEL 2001 TEMPERATURA TURBIDEZ pH COND. ELECTR. OX. DISUELTO OX. DISUELTO AMONIO NITRATOS LUGAR DE MUESTREO Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida UNIDAD ºC NTU mS/cm mgl-1 % Saturacion mgl -1 mgl -1 09:00 28,1 28 0,43 1,16 7,24 7,16 3,88 3,86 3,79 3,64 48,3 52 0,2 0,2 30 40 12:00 29,6 29,2 0,24 0,41 6,95 6,92 3,9 3,9 3,09 2,8 41,4 36,7 0,2 0,2 40 40 15:00 31,1 30,7 0,32 0,38 6,9 6,91 3,63 3,87 3,99 2,7 40,1 36,7 0,2 0,2 40 30 18:00 30,8 30,9 0,17 0,4 6,89 6,89 3,88 3,98 3,04 2,84 41,1 38,4 0,3 0,3 30 30 21:00 29,9 29,8 0,25 0,52 7 7 3,77 3,95 2,89 2,28 39,4 30,7 0,2 0,3 40 40 00:00 29,4 29,3 0,23 0,38 6,97 6,93 3,78 3,88 3,14 2,75 41,3 36,3 0,2 0,5 30 30 03:00 29,3 29,3 0,5 0,95 6,99 7,06 3,96 3,88 2,92 2,76 39,2 36,4 0,2 0,3 40 30 06:00 28,7 28,7 0,18 0,39 7,06 6,89 3,97 3,89 2,85 3,26 38,4 42,8 0,2 0,2 40 40 Anales Científicos UNALM PARAMETRO PARAMETRO TEMPERATURA TURBIDEZ pH COND. ELECTR. OX. DISUELTO OX. DISUELTO NITRO. AMONIO LUGAR DE MUESTREO Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida Ingreso Salida NITRATOS ***** No se tomaron datos UNIDAD ºC NTU mS/cm mgl -1 % Saturacion mgl -1 mgl -1 09:00 29,3 29,2 0 0,44 7,04 7,1 3,95 3,95 3,32 3,65 43,7 48,3 0,2 0,2 10 5 12:00 30,7 30,4 0 1,26 6,97 6,96 4 4,01 3,44 3,23 46,8 43,7 0,2 0,2 15 30 15:00 32 31,4 0 0,08 6,84 6,88 3,95 3,8 3,15 2,83 43,4 38,7 0,2 0,2 15 30 18:00 31,8 31,5 0 0,03 6,89 6,9 3,96 3,98 3,03 2,7 41,8 37 0,2 0,3 40 40 21:00 31,8 31,8 0 0 6,9 6,89 4,01 4 2,8 2,78 38,5 38 0,2 0,2 35 40 00:00 31,1 30,7 0 0,27 6,9 6,9 3,93 4,01 2,97 2,84 40,5 68,4 0,2 0,2 40 35 03:00 ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ***** 06:00 29,6 29,4 0 0,41 7,06 7,09 3,9 3,95 3,69 3,74 49 49,3 0,2 0,2 20 20 FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL TABLA 7: VALORES DE CONTROL DEL DIA 19 DE FEBRERO DEL 2001 241 242 Anales Científicos UNALM Conductividad Eléctrica Los valores de Conductividad Eléctrica se han mantenido en el rango de 3.61 a 4.28 mS cm-1 para todas las fechas de muestreo tanto en el ingreso como en la salida. Lo que representa en promedio una salinidad de 2 partes por mil debida principalmente a la elevada concentración de sales, en el valor de 1560 mgl-1 de CaCO3. de dureza, manteniéndose este valor constante durante el experimento. pH Los valores de pH observados durante la etapa de investigación en el sistema fluctuaron en el rango de 6.7 a 7.29, se ha observado la relación de ligeras variaciones de pH con los procesos degradativos de materia orgánica que se dan en las unidades experimentales: alimento no consumido y heces que flotan y no pueden ser retirados por sedimentación. Alcalinidad Los valores de alcalinidad fueron registrados durante 24 horas el día inicial del experimento, no se evaluó este parámetro en las dos fechas posteriores por considerarse que sus variaciones serían mínimas. Los valores promedio de ingreso y salida del sistema fueron 43 y 46 mgl-1 de CaCO3, respectivamente. Oxigeno disuelto Se presentaron valores absolutos de oxigeno disuelto expresados en ppm en el rango de 2.28 a 5.7, tanto para el ingreso y salida del sistema. Los valores en porcentaje de saturación fluctuaron en el rango de 30.7 % a 72.2 % tal como se aprecia en la Tabla 8. Así mismo se puede observar la variación en el tiempo de este parámetro, en los gráficos N º 1 y 2. Amonio Los valores de amonio, se presentan en la Tabla 9, pudiéndose observar un valor casi estable de 0.2 ppm a la salida del biofiltro. En cuanto a los valores observados a la salida de las unidades de cultivo (acuarios) se presentaron en un mínimo de 0.2 y máximo de 0.5 ppm de amonio Ver gráfico Nº 3. Calculando con el valor de pH y temperatura se halló un valor promedio de 0.00175 ppm de amonio no ionizado (NH3 ) que para la especie no representa riesgo pues el nivel máximo tolerable para peces de aguas cálidas es menor de 0.012 mgl-1 ( Zweig, R. et al 1998). -1 y en % de saturación FECHAS 130201 HORAS 150201 190201 09:00 IN 4,77 62,60 SAL 4,40 55,00 IN 3,79 48,30 SAL 3,64 52,00 IN 3,32 43,70 SAL 3,65 48,30 12:00 5,70 72,20 5,51 69,70 3,09 41,40 2,80 36,70 3,44 46,80 3,23 43,70 15:00 4,53 57,00 3,90 52,00 3,99 40,10 2,70 36,70 3,15 43,40 2,83 38,70 18:00 4,94 64,00 3,80 48,00 3,04 41,10 2,84 38,40 3,03 41,80 2,70 37,00 21:00 4,38 55,00 2,86 37,10 2,89 39,40 2,28 30,70 2,80 38,50 2,78 38,00 00:00 3,28 42,40 3,09 39,60 3,14 41,30 2,75 36,30 2,97 40,50 2,84 38,40 03:00 3,11 39,70 2,87 36,80 2,92 39,20 2,76 36,40 **** ***** ***** **** 06:00 3,35 42,50 3,29 41,50 2,85 38,40 3,26 42,80 3,69 49,00 3,74 49,30 Promedio 4,26 54,43 3,72 47,46 3,21 41,15 2,88 38,75 3,20 43,39 3,11 41,91 Máximo 5,70 72,20 5,51 69,70 3,99 48,30 3,64 52,00 3,69 49,00 3,74 49,30 Mínimo 3,11 39,70 2,86 36,80 2,85 38,40 2,28 30,70 2,80 38,50 2,70 37,00 Desviación 0,93 11,86 0,91 11,28 0,43 3,09 0,41 6,29 0,30 3,61 0,43 5,17 FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL Tabla 8: Valores de Oxigeno Disuelto mgl 243 Anales Científicos UNALM 244 mg/l de Oxigeno Disuelto Grafico 1: Variaciones del Nivel de Oxigeno Disuelto 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 4,26 3,72 3,21 IN 130201 SAL IN 150201 2,88 SAL 3,20 IN 190201 3,11 SAL Fechas de Muestreo Porcentaje Saturacion Gráfico 2 : Variacion del Porcentaje de saturacion de Oxigeno Disuelto 80,00 70,00 60,00 50,00 54,43 47,46 41,15 40,00 38,75 43,39 41,91 30,00 IN 130201 SAL IN 150201 SAL Fechas de Muestreo IN 190201 SAL FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL Tabla 9: Variaciones de Amonio mgl -1 FECHAS 130201 150201 IN HORAS SAL IN 190201 SAL IN SAL 09:00 0,20 0,40 0,20 0,20 0,20 0,20 12:00 0,20 0,30 0,20 0,20 0,20 0,20 15:00 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 18:00 0,20 0,30 0,30 0,30 0,20 0,30 21:00 0,20 0,20 0,20 0,30 0,20 0,20 00:00 0,20 0,30 0,20 0,50 0,20 0,20 03:00 0,20 0,20 0,20 0,30 06:00 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Promedio 0,20 0,26 0,21 0,28 0,20 0,21 Máximo 0,20 0,40 0,30 0,50 0,20 0,30 Mínimo 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 4,0E-09 7,4E-02 3,5E-02 1,0E-01 3,0E-09 3,8E-02 Desviación G r a f ico Nº 3: V a r ia c io n e s d e lo s n iv e le s d e A m o n io mg por litro de Amonio 0 ,6 0 0 ,5 0 0 ,4 0 0 ,3 0 0 ,2 8 0 ,2 6 0 ,2 0 0 ,2 1 0 ,2 0 0 ,2 0 0 ,2 1 0 ,1 0 0 ,0 0 IN 1 3 02 0 1 SA L IN 1 5 02 0 1 SA L Fe c h a s d e mu e s tr e o IN 1 9 02 0 1 SA L 245 Anales Científicos UNALM 246 TABLA 10 : Variaciones de Nitrato mgl-1 FECHAS 13-Feb-01 IN SAL HORAS 15-Feb-01 IN SAL 19-Feb-01 IN SAL 09:00 33,50 26,10 30,00 40,00 10,00 5,00 12:00 40,00 20,00 40,00 40,00 15,00 30,00 15:00 40,00 60,00 40,00 30,00 15,00 30,00 18:00 40,00 40,00 30,00 30,00 40,00 40,00 21:00 20,00 20,00 40,00 40,00 35,00 40,00 00:00 30,00 30,00 30,00 30,00 40,00 35,00 03:00 40,00 30,00 40,00 30,00 06:00 30,00 20,00 40,00 40,00 20,00 20,00 34,19 30,76 36,25 35,00 25,00 28,57 Máximo 40 60 40 40 40 40 Mínimo 20 20 30 30 10 5 7,29 13,68 5,18 5,35 12,91 12,49 Promedio Desviación Nitratos Los valores de nitrato, se presentan en la Tabla 10, para el ingreso y salida del sistema, pudiéndose observar un valor mínimo de 10 ppm a la salida del biofiltro, luego de un fin de semana sin alimentación. En cuanto a los valores máximos, se observa un valor 60 ppm a la salida que a su vez sesga el valor máximo promedio de 40 ppm. CALCULOS PARA VERIFICAR LOS PARAMETROS DE DISEÑO DEL SISTEMA Lawson (1995) Tomando en consideración las asunciones presentadas en la Tabla 11, se calculará el cociente de producción de amonio en el sistema, el caudal requerido en el sistema y en el biofiltro, el cociente de utilización del oxigeno del sistema, y el caudal estimado para mantener una concentración de oxigeno de 2 mgl-1. FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 247 TABLA 11: ASUNCIONES PARA CALCULOS DEL SISTEMA PARAMETROS NOTACION VALOR UNIDADES BIOMASA PECES BM 17 Kg TASA ALIMENTACION % BM 2.5 fracción decimal OD AFLUENTE C (OD)i 3.23 mg l NO3 AFLUENTE C (NO3)i 31.44 mg l-1 NAT AFLUENTE C (NAT)i 0.25 mg l-1 T AGUA T 29.56 ºC 6.98 Unid. de pH 0.20 mg l -1 -1 PH CONCENTRACION NAT SISTEMA a. C (NAT) -1 CONCENTRACION NO3 SISTEMA C (NO3) 31.81 mg l EFICIENCIA BIOFILTRO E 30 Porcentaje EFICIENCIA REMOCION DE LA DBO EDBO 70 Porcentaje El cociente de producción de Nitrógeno Amoniacal Total en el sistema es una función de la tasa metabólica del pez y la degradación biológica del alimento no consumido. Y se consigue a través de la formula: PR NAT = BM * % BW * K Donde: PR NAT BM % BW K = = = = Producción de Nitrógeno Amoniacal Total Biomasa de peces en el sistema Tasa de alimentación en peso corporal La constante K indica que por cada Kg de alimento se produce 30 g de NAT PR NAT = 17 Kg * 0.025 * 30 gNAT Kg –1 = 12.75 g NAT día –1 = 531.2 mg NAT hora –1 El sistema operando bajo las condiciones antes establecidas produce 12.75 g NAT por día. b. Estimar el caudal que fluye a través del sistema, usando la siguiente ecuación y asumiendo que C NO3 = C ( NO3 ) 0 Q = PR NO 3 C ( NO3 ) 0 Anales Científicos UNALM 248 El cociente de producción de NO 3 puede ser estimada estequeometricamente por el cociente de nitrificación del biofiltro, considerando que se producen 4.43 g de NO 3 por cada gramo de amonio nitrificado. De esta manera PR NO 3 = CR NAT * 4.43 Y considerando que la perdida en el sistema a través del caudal es mínima, se tiene que: PR NO 3 = PR NAT * 4.43 Por lo tanto la ecuación resulta en: Q = PR NAT * 4.43 C ( NO3 ) 0 Para las condiciones del sistema: Q = 4.43 NO 3 g NAT –1 * 12.75 g NAT hora –1 * 1000 31.81 mg l-1 Q = 1775.62 l hora –1 = 29.6 l min –1 c. Estimar el caudal de reciclaje del Biofiltro ( QF ): Se consigue a través de la formula QF = PR NAT - Q * C NAT C NAT* E Asumiendo que: C NAT = C (NAT) 0 Q F = 531.2 mg NAT hora –1 - (1775.62 l hora –1 * 0.20 mg l-1) 0.20 mgl-1 * 0.30 Q f = 2934.6 l hora –1 = 48.91 l min-1 d. Estimar el cociente de utilización del oxigeno CR OD = CR PECES + CR DBOF + CR N FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL • 249 CR PECES = 17 Kg * 0.025 * 300 g O2 Kg –1 alimento CR PECES = 127. 5 g Oz día –1 = 5312.5 mg O2 hora –1 • CR DBOF = 2.3 * K DBO * BM Donde : K DBO = 2.16 mg O2 Kg pez –1 día -1 CR DBOF = 2.3 * 2.16 mg O2 Kg pez –1 día –1 * 17 Kg peces * (1 – Ef ) CR DBOF = 25,330 mg O2 día –1 = 1055.4 mg O2 hora –1 • CR N = 4.57 (PR NAT) - Q * C (NAT) 0 CR N = 4.57 *[ 531.2 mg NAT hora -1 - (1775.62 l hora –1 * 0.2 mg l –1 )] CR N = 804.66 mg O2 hora –1 El oxigeno total consumido en el biofiltro es: CR OD = 5312.5 mg O2 hora –1 + 1055.4 mg O2 hora –1 + 804.66 mg O2 hora –1 CR OD = 7172.56 mg O2 hora –1 Asumiendo que en el sistema debería mantenerse una concentración de Oxigeno disuelto de 2 mgl-1 . El caudal requerido para el biofiltro es de : Qf = CR DBO F + CR N C ODF – C ODF Q f = 1055.4 mg O2 hora –1 + 804.66 mg O2 hora –1 3.23 mg l-1 – 2 mg l -1 Qf = 1512.24 l hora –1 = 25 l min -1 El cociente de producción de OD para mantener 7 mgl-1 de OD , con la finalidad de mantener un 100 % de saturación aproximado para los niveles de temperatura a los que el sistema estaba operando ( 7.56 OD a 30 º C,100 % saturación) será: PROD = (1775.62 l hora-1 * 7 mgl-1) + 7172.56 mg O2 hora-1 – (1775.62 l hora *3.23) –1 PROD = 13866.64 mg O2 hora-1 = 0.0138 Kg O2 hora-1 El sistema de aireación debería producir 0.0138 Kg O2 hora-1 250 Anales Científicos UNALM DISCUSION DE RESULTADOS Acerca de la Alimentación y el crecimiento de tilapia y su relación con el Oxigeno disuelto Los peces presentaron una tasa de crecimiento individual promedio de 0.51 g.d-1 con un rango de 0.12 a 1.28 g.d-1, tasas promedio similares (0.47 g.d-1 ) son reportadas por Green (2000) para tilapia roja de 10 a 100 g de peso promedio siendo criadas en sistemas intensivos en Honduras, con alimento extruido y con un 30 % de proteína y tasas alimenticias de 4 a 9 % peso corporal d-1 Montoya, (2001) reporto para juveniles de tilapia roja, mantenidos en este mismo sistema una tasa de crecimiento promedio de 0.65 - 0.71 g.d-1 durante los meses de octubre a enero. Siendo alimentados en este periodo con alimento balanceado con 40 y 45 % de proteína, con tasas de alimentación del 10 al 5% y con conversiones alimenticias promedio de 1.22. Durante este experimentación el alimento fue cambiado por uno de formula comercial (32% de proteína) y la tasa de alimentación se varió al 2.5% del peso corporal. Sin considerar el efecto de utilizar un alimento diferente se observo que la tasa de crecimiento disminuyo con respecto a la presentada en la experimentación anterior (1,44 g d1 y 50 g peso promedio) y a la esperada para peces de mayor peso promedio 77.4 g . Se puede afirmar que el parámetro que más influyó en el comportamiento de los peces fue el oxigeno disuelto, ya que su concentración en el agua influye en el crecimiento de los peces, disminuyendo apetito y consiguientemente el consumo de alimento o el aprovechamiento de este, Hepher (1993). El mismo autor menciona a .Herrmann et al. (1962), Swift (1963), Stewart et al. (1967), Adelman y Smith (1979) y Brungs (1971) quienes realizaron estudios en diferentes especies de peces, observándose en todos los casos la disminución del crecimiento a medida que la concentración del oxigeno del agua se reducía por debajo del nivel de saturación a pesar de ser alimentados ad libitum. Así mismo se apreció que a una concentración de oxigeno disuelto de 4 mgl-1, la disminución del crecimiento fue leve, pero por debajo de este valor la disminución fue pronunciada. Según los autores antes mencionados, la disminución del crecimiento al disminuir la concentración de oxigeno hasta 4 mgl-1 se debe principalmente a una reducción en el consumo del alimento, sin embargo cuando la concentración de oxigeno descendió a menos de 4 mgl-1 se redujo además la eficiencia de aprovechamiento del alimento. Esta ultima situación se presento en el presente experimento ya que se tuvieron valores de Oxigeno Disuelto por debajo del 50 % de saturación y con concentraciones mínimas observadas de 2.8 mgl-1. Es importante mencionar que la tasa de conversión alimenticia de 3.05 refleja la disminución de la eficiencia de aprovechamiento del alimento y no de la calidad de este, debido a FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 251 que se observó una disminución gradual del apetito de los peces al no consumir sus raciones con la misma voracidad que solían tener a mayores concentraciones de oxigeno. Acerca de la Performance del Sistema 1. Tanque Sedimentador – Filtro Mecánico: La tasa de carga hidráulica se refiere al volumen de agua tratada diariamente por unidad de área de superficie (expresado en m3 m-2d-1) o por unidad de volumen (en m3 m-3 d–1) En el tanque de separación de sólidos se presenta relativamente alta, respecto al sistema empleado por Suresh (1991), en un experimento en sistemas de recirculacion para criar tilapias rojas a distintas densidades, lo que se refleja en una disminución tan solo del 50% del valor de turbidez expresado en NTU. Cabe mencionar que estas unidades de medición no discriminan los sólidos suspendidos disueltos que pueden estar modificando el valor asignado al material particulado. El tiempo de residencia que se determino, fue pequeño comparado con otros trabajos, que utilizan el mismo sistema de remoción de sólidos (de placas de sedimentación). Sin embargo observando los datos luego de dos días sin alimentación y por ende sin producción de heces, el sistema fue capaz de una remoción total de los valores de turbidez observados, de 1.26 a 0 NTU. Cabe mencionar que estas unidades de medición no discriminan los sólidos suspendidos disueltos que pueden estar modificando el valor asignado al material particulado. El tiempo de residencia que se determino, fue pequeño comparado con otros trabajos, que utilizan el mismo sistema de remoción de sólidos (de placas de sedimentación). Sin embargo observando los datos luego de dos días sin alimentación y por ende sin producción de heces, el sistema fue capaz de una remoción total de los valores de turbidez observados, de 1.26 a 0 NTU. De acuerdo a Zweig et al (1999) los valores de turbidez menores a 25 NTU, son los recomendados para el mantenimiento de la vida acuática en ambientes naturales, (promedio de diez días) y un valor menor a 50 NTU como valor instantáneo. En este sentido los valores observados en el sistema no reflejan ningún problema en cuanto a calidad de agua. 2. Biofiltro El sistema fue capaz de remover el amonio como producto de desecho, el caudal dependiente de la densidad determinado para el sistema (0.25 Kg /l por rminuto) permitió mantener la calidad de agua a niveles seguros con un mínimo de 0.2 y máximo de 0.5 ppm de amonio. 252 Anales Científicos UNALM Siendo la tilapia una especie de aguas cálidas, el máximo tolerable para toxicidad de amonio no ionizado para peces de aguas cálidas es menor a 0.012 ppm, Zweig et al (1999). En este sentido en las condiciones de pH y temperatura presentes, no represento peligro alguno (amonio no ionizado en promedio de 0.00175 ppm). Respecto a la tasa de carga hidráulica, para el biofiltro se tienen valores altos de 345.6 m 3 m -3 d –1 y 2.24 6 m 3 m -2 d –1 comparados con Suresh (1991), que reporta valores de 136.8 m 3 m -3 d –1 y 0.5 m 3 m -2 d –1 para un sistema de características similares empleado también para tilapias. Revisando los cálculos efectuados para el caudal mínimo requerido para el biofiltro, manteniendo una concentración mínima de oxigeno disuelto de 2 mgl -1 se observa un insuficiente flujo de agua a través del sustrato empleado (12 l por minuto versus 25 l por minuto ). Por tal motivo se observa los niveles de oxigeno pobres a la salida del sistema, porque la tasa de recambio es insuficiente, siendo el caudal de reciclaje del biofiltro calculado de 49l por minuto para una eficiencia de remoción conservadora de 30 %. Respecto a las características del medio filtrante, los tubos de malla plástica empleados disponible en el mercado, presentan un valor de superficie de área de 117 m 2 m-3 lo que los hace no competentes comparados con los sustratos comerciales tales como los fabricados por Aquatic Ecosystems (2000) que refiere superficies especificas de área de 250 a 300 m 2 m-3, lo que nos permite sugerir algunas mejoras o modificaciones físicas de los mismos. El sistema ha sido capaz de remover (teóricamente) 12.75 g de Nitrógeno Amoniacal total producido (Biomasa / tasa de alimentación) con un caudal que fluye a través de los acuarios de 80 l por minuto lo que supera en un 60 % el caudal requerido de 30 l por minuto. El sistema de aireación debería producir 0.0138 Kg O2 hora-1 para mantener una concentración de 7 mgl-1 de OD, con la finalidad de que la saturación sea aproximadamente 100 % para los niveles de temperatura a los que el sistema estaba operando (7.56 OD a 30 º C,100 % saturación). De acuerdo a nuestras estimaciones el aporte de oxigeno por aireación con el sistema de difusores fue insuficiente, Losordo et al (1999) mencionando a Boyd, indica que a temperaturas de 28 ºC el cociente de transferencia de oxigeno con el sistema de difusores, deberá ser solamente el 35 % del cociente a condiciones standard (20 ºC) reduciendo así los niveles de eficiencia, limitados por la temperatura. Respecto a los niveles de concentración de nitratos observados, es posible indicar un proceso de acumulación que se mantuvo en un valor de 30 mgl –1, con los recambios parciales de agua fresca en un 3.4 % por día, adecuado para mantener los niveles de nitratos en rangos seguros. Evaluando los gráficos 4 y 5 de Amonio versus Oxigeno disuelto, podemos verificar que la máxima producción de amonio se da a las 18:00 horas (cuatro horas después de la ultima comida) , eliminando el valor observado a las 00:00 horas que sesga esta curva. Lo mismo se indica para el biofiltro, coincidiendo con un disminución posterior de los niveles de Oxigeno Disuelto. FLUCTUACIÓN DEL OXIGENO Y AMONIO RESULTANTE DE LA ALIMENTACIÓN DE TILAPIA ROJA Oreochromis spp. EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN EXPERIMENTAL 0,45 4,50 0,40 4,00 0,35 3,50 0,30 3,00 0,25 2,50 0,20 2,00 0,15 1,50 0,10 1,00 0,05 0,50 0,00 mg por litro OD mg por litro Amonio Grafico 4: Variaciones de Amonio y Oxigeno Disuelto promedio en las unidades de cultivo 0,00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 tiempo (horas) Prom Amonio Prom O D Grafico 5: Variaciones de Amonio y Oxigeno Disuelto promedio en el biofiltro 0,30 5,00 4,50 4,00 3,50 0,20 3,00 0,15 2,50 2,00 0,10 1,50 1,00 0,05 0,50 0,00 0,00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 tiempo (horas) Prom. Amo. prom. OD 03:00 06:00 mg por litro OD mg por litro Amonio 0,25 253 Anales Científicos UNALM 254 CONCLUSIONES 1. Teniendo en cuenta registros anteriores de temperatura en el sistema (Montoya (2001) ) y los valores encontrados durante el trabajo experimental, se concluye que los valores mas elevados de temperatura se presentan en la segunda quincena del mes de febrero y como valor promedio mas alto durante el año. 2. Este incremento de temperatura acelera el metabolismo de bacterias y peces y disminuye la concentración de oxigeno en el sistema. La concentración de oxigeno disuelto del sistema no es dependiente del caudal, si no del aporte de oxigeno externo a través de la unidad de aireación 3. Las tilapias por ser una especie tolerante a niveles bajos de oxigeno, altera su metabolismo a expensas de su crecimiento, afectando su apetito y la eficiencia de aprovechamiento del alimento. 4. El sistema fue capaz de remover producto de desecho como amonio y sólidos suspendidos, y mantener las condiciones de calidad de agua a un nivel seguro para las tilapias, los valores de amonio estuvieron en el rango de 0.2 a 0.5 mgl-1 5. Se observaron niveles de oxigeno en el sistema en el rango de 2.3 a 5.7 mgl-1 y por debajo de los valores de saturación de oxigeno mínimo recomendados para la especie. Los resultados indican que el factor determinante de la máxima capacidad de carga es el oxigeno, habiendo soportado el sistema un total de 17 Kg de peso vivo a una tasa diaria de alimentación del 2.5 %. BIBLIOGRAFIA a) Bovendeur J. Eding E. and Henken A. 1987 Design and performance of a water recirculation system for high – density culture of the African catfish, Clarias gariepinus (Burchell 1822). In Aquaculture 63 (1987) 329 – 353. b) Boyd, C. 1982. Water quality management for pond fish culture. Elsevier Scientific Publishing Company. Holanda. 316p. c) Green B.W. and C.R. 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All the silages were evaluated all through determinations of pH, percentage of titleable total acidity, during the incubation and storage and its microbiological and chemical characteristics and of the end item obtaining a silage with own characteristics of traditional silage. To grief which all the evaluated silages present display similar characteristics of quality, the best results were obtained with the silage that was incubated to the temperature of 45 ºC x 5 days using 3% of inóculo of yogurt. with a proximal analysis of: 18,2% of protein, 62,3% of humidity, 5,2% of fat, 9,1% of ash and 5,2 % of carbohydrates. RESUMEN. Se procesó ensilado microbiano, utilizando una mezcla de pescado de bajo valor comercial como jurel (Trachurus simetricus murphii ), desechos de piña (Ananas comosur) y desechos de papaya (Carica papaya), azúcar rubia y como inóculo bacteriano, un yogurt natural. La incubación del ensilado fue realizada a tres temperaturas 35, 45 y 65ºC por 5 días, y almacenada por 30 días a temperatura ambiente; se realizaron variaciones de adición de inoculo:3 y 10% de inóculo de yogurt para el ensilado cuya incubación fue a 45 ºC Se * Docentes de la Facultad de Pesquería - Universidad Nacional Agraria La Molina. UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO 257 evaluaron los productos a través de determinaciones de pH, porcentaje de acidez total titulable, durante la incubación y almacenamiento y las características químicas y microbiológicas del producto final obteniéndose un ensilado con características propias de un ensilado tradicional. A pesar que todos los ensilados evaluados presentan características de calidad similares, los mejores resultados se obtuvieron con el ensilado cuya incubación se realizó a la temperatura de 45 ªC x 5 días utilizando 3% de inóculo del yogurt . con un análisis proximal de :18.2% de proteína, 62.3% de humedad, 5.2% de grasa, 9.1% de ceniza y 5.2 % de carbohidratos. INTRODUCCION El ensilado se usa principalmente para la alimentación animal considerándose de alto valor proteico, además aporta ácidos grasos esenciales, minerales y vitaminas, por lo que constituye un buen suplemento dietético en la industria avícola, porcina, vacuna y piscícola. En la actualidad se hacen dos tipos de ensilado de pescado: químico y biológico, siendo el biológico tema del presente estudio. El ensilado biológico es el producto final de un proceso de fermentación controlada en el cual los carbohidratos añadidos a pescados enteros o restos de ellos son fermentados por bacterias acido-lácticas proporcionadas por el pescado o por cultivos iniciadores ( Kompiang et. al., 1980). El producto es incubado para la fermentación y aquí se observa un cambio en la composición bacteriológica del ensilado con dominio de las bacterias ácido lácticas e inhibición de las bacterias de la materia prima cocida. Además se produce una licuefacción, importante para una mejor actividad microbiana, esta es debida muchas veces a las enzimas proteolíticas de las vísceras del pescado y esto es evaluado a través de la consistencia. (Lindgren y Pleje, 1983). Hay antecedentes que señalan la utilización de jugos de ciertas frutas para fermentar el pescado, Asi Mackie (1971) señala que muchos investigadores han utilizado la bromelina, enzima extraída por el jugo de piña y la papaína extraída de la papaya para digerir el pescado, estas enzimas tienen su optima actividad a pH neutro y son estables hasta 70ºC, temperatura necesaria para controlar la actividad microbiana El Perú tiene gran diversidad de frutas y entre las principales están la papaya y la piña que representan un gran porcentaje en la producción nacional y muchas veces presenta el problema de su vida útil luego de la recolección. El presente trabajo tiene como principal objetivo la elaboración de un ensilado de jurel (Trachurus symetricus murphii) con el uso de desechos de papaya (Carica papaya) y piña (Ananás comosur) como sustratos de azúcares y fuentes de enzimas proteolíticas que permiten una mejor licuefacción del pescado. Anales Científicos UNALM 258 II. REVISION BIBLIOGRAFICA El ensilado es un producto de fácil elaboración basado en la acidificación del medio a modo de favorecer la proteólisis del pescado, lo que puede lograrse tanto químicamente (ensilado químico), como biológicamente (ensilado biológico). En los ensilados biológicos las bacterias lácticas en presencia de fuentes hidrocarbonadas suministradas, dan lugar a la fermentación láctica con la producción del ácido láctico que es el responsable de la preservación del producto. La formación del ácido láctico genera un ambiente que inhibe el desarrollo de la mayoría de microorganismos de la putrefacción, debido a que éste es una fuente antagonista de las bacterias putrefactivas y patógenas, este efecto del ácido láctico se ha atribuido primeramente a la formación de ácidos orgánicos no disociados producidos por la fermentación durante el proceso (ITP, 1997). Van Wyk y Heidenrych (1985), (citados por Cañada, J, 1991), definen el ensilado biológico como el producto final de la fermentación controlada, en el cual los carbohidratos añadidos al pescado entero o restos de ellos son fermentados por bacterias lácticas. Se han descrito varios métodos para la producción de ensilados biológicos de pescado , aunque el proceso de elaboración más usual es el siguiente: A) B) C) D) E) F) Selección de la materia prima Trituración Inoculación del cultivo Homogenización Envasado Almacenamiento 2.1 Características técnicas del producto: ITP, (1997), señala que el ensilado biológico de pescado puede presentar diversas características dependiendo de la materia prima que se utilice, pero fundamentalmente debe tener las siguientes especificaciones: • • • • • • • • • • • • Contenido de proteína de alta calidad en un rango de 16 a 20%. pH de 4 – 4,5 Bajos niveles de bases volátiles nitrogenadas e histamina Humedad, 62% en promedio Elevado contenido de ácidos grasos poliinsaturados . Ausencia de sustancias químicas tóxicas Valor calórico de aproximadamente 187 Kcal/100g Rico en calcio y fósforo Rico en complejo vitamínico B Presenta alta palatabilidad Color marrón claro/oscuro Masa homogénea de consistencia pastosa UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO 259 2.2. Insumos A. Materia prima-pescado El jurel (Trachurus symetricus murphyi) está considerado como pescado semigraso (2-5% de contenido graso). En el Cuadro 1 se muestra la composición física de la especie y en el Cuadro 2, la composición química. CUADRO 1. Composición Física del Jurel Componente % Componente % cabeza 11,5 Gónadas 2,2 agallas 4.3 Aletas 2,9 Hígado 1,6 Orejetas 3,5 Vísceras 7,3 Parte comestible 55,9 Espinazo y cola 5,8 Sangre y otros 1,8 Piel 3,2 Cuadro 2. Composición Química del Jurel Componente Máximo Mínimo Promedio Humedad(%) 78,2 71,4 74,6 Grasa (%) 7,3 1,1 4,2 Proteínas(%) 21,6 19,8 20,5 Sales minerales(%) 1,8 1,0 1,3 Fuente : Imarpe (1996) B. La Sacarosa Los azúcares como glucosa, sacarosa y lactosa producen un rápido descenso del pH al ser fermentados por las bacterias lácticas con la consiguiente producción de ácido, logrando así la conservación y estabilidad del ensilado. Van Wik Heyderich, 1985, reporta que el azúcar es un insumo muy importante para el desarrollo de las bacterias lácticas en el ensilado. Cuando se utilizan otros azúcares más complejos es necesaria la presencia de hongos amiloliticos que hidrolicen el almidón y produzcan azúcares más sencillos que son más fácilmente utilizados por las bacterias lácticas. La sacarosa o azúcar de caña es un disacárido de la glucosa y de la fructuosa (o-b-Dfructo-furanosil-(2-1)a-X=D-glucopiranosido). La sacarosa, es un azúcar reductor. Se hidroliza con más facilidad que los otros disacáridos. La hidrólisis de la sacarosa a D-glucosa y D-fructuosa se denomina frecuentemente inversión, ya que va acompañada de un cambio neto de rotación Anales Científicos UNALM 260 óptica, de dextrogira a levógira, en cuanto se ha producido la mezcla equimolar de glucosa y de fructuosa, esta mezcla se denomina frecuentemente azúcar invertido (Berenz, 1997). C. Papaya (Carica papaya) Originaria de los Andes del Perú según unos autores y de México y América central, según otros. La papaya es un fruto rico en provitamina A y vitamina C, al igual que otras frutas con pigmentación anaranjada es una excelente fuente de beta carotenos. El látex de la papaya contiene papaína, enzima similar a la pepsina humana que desdobla las proteínas y favorece el proceso digestivo. La papaina rompe las fibras de la carne. • • • • • • • • • 140 g de papaya (media papaya) proporciona: Calorias: 70 (calorías procedentes de materia grasa: 0) Grasa:0 Colesterol:0 mg Sodio:10 mg Carbohidratos: 19 g Fibra: 2g Azúcares: 9g Proteínas: 0g La papaina es una sulfidril proteasa, con peso molecular de 23,000 daltons y un pH óptimo de 5.0-7.0. a la temperatura entre 35 y 50ºC. La papaina tiene una amplia especificidad, degrada la mayoría de sustratos proteicos a diferencia de las proteasas pancreaticas. D. Piña (Ananas comosur) La piña crece en climas tropicales y es nativa de Sud America. Se consume fresca, néctar o en conserva. La piña fresca contiene un enzima la bromelina la cual rompe las moléculas de proteína, es usada para ablandamiento de carnes. Esta enzima es destruida en el proceso de enlatado. 110 g de piña (2 rodajas) proporciona: • • • • • • • • Calorías: 60 (calorías procedentes de materia grasa: 0) Grasa:0 Colesterol:0 mg Sodio:10 mg Carbohidratos: 16 g Fibra: 1g Azúcares: 13g Proteínas: 0g (Juver, 1999) UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO 2.3.3. 261 Inóculo : Yogurt Para el ensilado biológico se usan microorganismos lácticos capaces de acidificar el Para el ensilado biológico se usan microorganismos lácticos capaces de acidificar el producto e instaurar de una forma más rápida el proceso fermentativo. Las especies bacterianas que más se utilizan pertenecen a los géneros Streptococcus, Leuconostoc y sobre todo el género Lactobacillus. Los microorganismos. del yogurt: Lactobacillus bulgaricus y Streptocopccus thermophylus digieren el azúcar lactosa ( glucosa y galactosa) de la leche y la convierten en ácido láctico. Los Lactobacillus del yogurt son capaces de llevar a cabo sus actividades metabólicas sin grandes alteraciones del sustrato a fermentar, por lo que no se pierden los componentes básicos del alimento y el valor nutritivo del producto inicial. Son productores de sustancias como antibióticos y peroxido de hidrógeno (antagonistas del crecimiento de algunos microorganismos) que impiden el crecimiento de microorganismos patógenos como salmonella, Clostridium, listeria y Staphylococcus. Poseen un elevado índice de adaptabilidad y un corto periodo de generación por lo que son capaces de sobrevivir en ambientes adversos con altas concentraciones de contaminantes. Composición de yogurt natural 150 g aporta: • • • • • • • • • • Energia (Kcal) : 158 Proteína (g): 7.7 Carbohidratos(azúcares): 23,6 Grasa: • Saturada: 2,3 • Monoinsaturada: 1,2 • Poliinsaturada:0,3 Vitamina A: (ug): 63 Riboflavina (B2) (mg): 0,5 Acido fólico (ug): 15 Vitamina B12 (ug): 0,2 Vitamina D (ug): 0.06 Calcio (mg) 240 Areche y col, (1989). III MATERIALES Y METODOS. El trabajo se realizó en los laboratorios de Microbiología y Análisis químico de la Facultad de pesquería. El flujo del procesamiento de ensilado biológico y los parámetros ensayados se muestran el Cuadro Nº3. Anales Científicos UNALM 262 Cuadro 3. Flujo y Parámetros en la Elaboración de Ensilado de Pescado Flujo de Proceso Parámetros .Análisis Organoléptico Materia Prima del jurel entero Observaciones . Uso de Tabla Organoléptica de Calificación (ITP) .En autoclave .Temperatura de Cocción Triturado del pescado Adición de insumos .Rendimiento de Cocido: 75% 100°C x 10 min. -Pérdida de Agua : 15%. . Manual x aprox 5 min. . Papaya: 8% . Piña: 8% .Azúcar: 14%. Pulpa sobremadura y Azúcar rubia - Manual x aprox 5 min. -Proporción: (70:16:14) Pescado:Azúcar:Fruta Mezcla Adición del inóculo(yogurt) Incubación - A la mezcla repartida en cuatro partes se agrego: 3, 3, 10 y 3% con respecto al peso del pescado y se mezclo nuevamente. - 35°C x5días - 45°C x 5días (3% de yogurt . 45ºC x 5 días (10% yogurt) . 65°C x 5días Almacenamiento A temperatura ambiente en recipiente tapado. Producto Final -Análisis proximal , Análisi s organoléptico y microbiologico - Se incubó previamente el yogurt natural a 40ºC x 4 horas. Control de pH, Acidez y Recuento de Titulable Lactobacillus Controles a 15 y 30 días Humedad, Proteína, grasa, ceniza olor, color y consistencia y salmonella, coliformes y hongos y levaduras UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO III 263 MATERIALES Y METODOS. El trabajo se realizó en los laboratorios de Microbiología y Análisis químico de la Facultad de pesquería.3.1 Metodologia Materia prima: La materia prima utilizada fue jurel con un calificativo de 3 según la tabla de calificación de frescura del ITP. Cocido: Se realizó a vapor en una autoclave a 100 °C x 10 min, los pescados fueron colocados uniformemente para obtener una buena transferencia de calor. Triturado: Se realizó en forma manual y se trató de obtener una buena homogenización y triturado del pescado. Adición de insumos: Se adiciono al pescado cocido la pulpa cortada en trozos de la piña y papaya que se encontraban en un estado de sobremaduración, y el azúcar rubia comercial. Mezcla: Se realizó la mezcla en forma manual de todos los ingredientes. Adición del inóculo. El yogurt que fue obtenido de la planta de leche de la Universidad Nacional Agraria La Molina, fue incubado previamente por 4 horas a 40 °C. Y luego se agregó a la mezcla, dividida en 4 partes en las proporciones 3, 3, 10 y 3% respectivamente. Incubación: Las porciones fueron incubadas a 35 °C,(3% de yogurt), 45°C (3 y 10% de yogurt) y 65 °C (3% de yogurt) por un tiempo de 5 días. Producto final Luego de la incubación de 5 días se mantuvo a temperatura ambiente por 30 días. Controles: Se realizaron los siguientes controles: pH. Se usó un potenciometro con eléctrodo de vidrio, las lecturas fueron directas. Anales Científicos UNALM 264 Acidez titulable: Se obtuvo como porcentaje de ácido láctico, titulándose con NaOH 0.1 N . Recuento de lactobacillus: Según el Método de Mosell y Quevedo (1967) se realizó con el medio RMS (rogosa) a 35 °C x 48 h. En el producto final se realizaron los siguientes análisis: Humedad, Proteína, Grasa y Cenizas. (A.O.A.C., 1987). Presencia de salmonella, Numeración de coliformes en placa, Numeración de levaduras (según ICMSF, 2000) y características organolépticas del producto final con el método de puntaje según Witting P E. (1973). IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES. En el ensilado elaborado con el uso de 70% de jurel entero, 14% de azúcar, 16% de desechos de fruta (piña y papaya) y 3 y 10% de yogurt comercial incubados a la temperatura de 35, 45 y 65 ºC se obtuvieron los siguientes resultados: Cuadro 4. Parámetros Analizados en el Ensilado de Jurel Incubado y Almacenado a 35 °C Ensilado 35 °C(3%) Tiempo (días) pH Acidez* Recuento de (%) Lactobacillus(ufc/g) 0 5.5 1.41 9,4X10 3 1 5.5 3.53 1.6x10 5 2 4.5 9.88 5,2x10 6 3 4.3 12.70 1,4x10 7 4 4.2 11.11 6,0x10 7 5 4.2 10.58 4,5x10 7 15 4.2 11.47 2,7x10 6 30 4.5 11.29 2,8x10 4 UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO Cuadro 5 Parámetros analizados en el ensilado de jurel almacenado a 45 °C (3%) Ensilado 45 °C(3%) Tiempo (días) PH Acidez* recuento de lactobacillus(ufc/g) (%) 0 5.5 1.41 9,4X10 3 1 5.3 4.41 3,4x10 5 2 4.4 8.29 9,5x10 6 3 4.4 11.47 2,2x10 8 4 4.2 14.82 1,8x10 9 5 4.2 14.95 2,3x10 8 15 4 11.82 3,6x10 8 30 4.5 10.58 8,1x10 7 Cuadro 6 Parámetros analizados en el ensilado de jurel incubado y almacenado a 45 °C (10%) ensilado 45 °C(10%) Tiempo (días) pH Acidez* recuento de (%) lactobacillus(ufc/g) 6 0 5.3 1.59 7,2X10 1 4.8 6.70 6.5x10 2 4.4 10.76 1,2x10 3 4.2 11.47 8,5x10 4 4.1 14.64 1,4x10 5 4 14.46 3,5x10 15 4 11.11 1,8x10 30 4.2 12.35 4,5x10 7 8 8 9 8 8 7 265 Anales Científicos UNALM 266 Cuadro 7 Parámetros analizados en el ensilado de jurel almacenado a 65 °C Ensilado 65 °C(3%) Tiempo (días) PH Acidez* recuento de (%) lactobacillus(ufc/g) 3 0 5.5 1.41 9,4X10 1 5.5 3.88 1,4x10 4 2 5.5 3.70 2,3x10 4 3 5.5 5.29 3,5x10 4 4 5.8 4.41 2,8x10 3 5 5.8 5.29 3,1x10 3 15 *Expresado en ácido láctico Grafico 1: Variación de pH y acidez de los ensilados 7 16 6 14 5 12 10 4 8 3 6 2 4 1 2 0 0 1 2 3 4 5 dias 15 30 % acidez pH variaciones de pH y acidez pH(35°C-3%) pH(45°C-3%) pH(45°C-10%) pH(65°C-3%) acidez(35°C-3%) acidez(45°C-3%) acidez(45°C-10%) acidez(65°C-3%) UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO Grafico 2: Recuento de lactobacillus en los ensilados 1,0E+10 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 LPC35 1,0E+06 LPC45-3% 1,0E+05 LPC45-10% 1,0E+04 LPC65 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 0 1 2 3 4 5 15 30 Cuadro 8 : Composición química del producto final ANALISIS ENSILADO 35-3% ENSILADO 45-3% ENSILADO 45-10% HUMEDAD 18.0 18.2 17.9 PROTEINA 62.5 62.3 61.4 GRASA 5.4 5.2 5.0 CENIZA 9.0 9.1 9.6 CARBOHIDRATOS 5.3 5.2 6.1 267 Anales Científicos UNALM 268 Cuadro 9. Analisis microbiologico del producto final ANÁLISIS ENSILADO 35- ENSILADO 45-3% ENSILADO 45-10% Ausente 3% Salmonella(25 g) Ausente Ausente Coliformes(u.f.c/g) <10 <10 <10 Hongos y Levaduras/g <10 <10 <10 Cuadro 10: Características organolepticas del ensilado O LO R 5 Fuerte 0 L igero C O LO R 0 M arrón Claro 5 Marrón Oscu CONSISTENCIA 5 Muy Pastosa 0 L igera Pastosa ANÁLISIS ENSILADO 35- 5 Muy Pastosa ENSILADO 45-3% ENSILADO 45-10% 3% OLOR 2 3 3 COLOR 2 5 5 CONSISTENCIA 2 4 3 • La cocción del jurel con el uso de la autoclave permitió la eliminación de la flora que se encontraba en el pescado, por lo que podemos asegurar que la que se encontró en el ensilado fue la proporcionada en su mayoría por el yogurt. • En los cuadros 4, 5 y 6 y grafico 1 se observa una rápida caída de pH al segundo día de incubación de los ensilados incubados a 35 y 45 , siendo notorio la rapidez de la caída del ensilado incubado a 45 pero con 10% de inóculo a diferencia del ensilado que UTILIZACIÓN DE FRUTAS COMO SUSTRATO EN EL PROCESAMIENTO DE ENSILADO DE PESCADO 269 fue incubado a 45 ºC con 3% de inóculo y luego se nota ya una estabilización hasta los días de almacenamiento esto se comprueba con el recuento de lactobacillus donde la tendencia de su aumento es proporcional al porcentaje de acidez y descenso de pH, por lo que podemos asegurar que la flora bacteriana proporcionada por insumos como el pescado, fruta se vio inhibida por la flora láctica, se observa también que los ensilados incubados a 35(3% de yogurt) y 45 ºC (3 y 10 % de yogurt)o se encuentran estables h asta los 30 días de su almacenamiento, por lo que se puede afirmar que las bacterias proporcionadas por el yogurt crecen bien a temperaturas menores o iguales a 45 °C. • En el ensilado incubado a 65 °C no se obtuvo buenos resultados, porque al doceavo día se seco. • En general todos los ensilados luego de ser sacados al medio ambiente (T° de 25 °C) fueron agotando los azúcares y al mes se obtuvo un ligero aumento de pH, pero todavía seguían estables (pH 4,5). • Se obtuvo un mayor exudado en el ensilado incubado a 35 °C debido a la licuefacción de éste. • La cantidad de lactobacillus se mantiene en un rango que permite aún la estabilidad del pH. • En el cuadro 8 y 9 se observan las características químicas y microbiologiacs del producto final de todos los ensilados evaluados, no existiendo diferencias saltantes entre ellos. • En el cuadro 10 se puede observar que el ensilado incubado a 35 °C presenta grado 2 de consistencia, esto indica una marcada licuefacción, esto podría deberse a la actividad de las enzimas presentes en la piña (bromelina) y papaya (papaina), que son muy activas a esa temperatura y al pH alcanzado. VII. CONCLUSIONES • La adición de la fruta permitió obtener un ensilado más liquido por la presencia de las enzimas bromelina y papaína de la piña y papaya utilizadas. • Todos los ensilados presentan características de estabilidad similares por lo que se puede asegurar que las Temperaturas entre 30 y 45ºC son ideales para la obtención de un ensilado con la proporción de insumos utilizados aunque los mejores resultados (estabilidad y características organolépticas) se obtuvieron en la temperatura de incubación de 35 °C. Anales Científicos UNALM 270 VIII BIBLIOGRAFÍA 1. A.O.A.C. (1987). Association of official analytical chemist. “Official Methods of Analy sis of the AOAC. Virginia. USA 2. Areche y Z. Berenz., Ensilados de residuos de pescado por bacterias del yogurt (1989), Boletín de Investigación vol, 3 ITP. 3. Berenz, Z. (1997). Ensilado de Residuos de Pescado. I Curso Nacional de Procesamiento de Ensilado de pescado. UE-VECEP/ITP. Callao 4. Cañada, J. Gómez C. Moral A (1991) Aprovechamiento de residuos de pescados mediante fermentación láctica. Revista Alimentaria. 5. ICMSF (1986) , Microorganismos de los alimentos V I: Técnicas de Análisis microbiologico, Editorial Acribia, Zaragoza España. 6. IMARPE/INSTITUTO TECNOLÓGICO PESQUERO (1996). Compendio Biológico Tecnológico de las Principales Especies Hidrobiológicas del Perú. Ed. STELLA. Callao Perú. 7. ITP (1997). Fundamento de la Tecnología del Ensilado. I Curso Nacional de Procesamiento de Ensilado de Pescado. UE-VECEP/ITP. Callao. 8. Juver S.A. (1999) Propiedades nutricionales de la fruta (Http//www.juver.es/nutricion). 9. Kompiang,L; Yushadi, P; y Creswell D 1980 “ Microbial fish silage Chemicalcomposition, fermentation caracteristics and nutritional value FAO Fish Rep Nº 230 , 38. 10. Lindgren, S y Pleaje. M (1983) “ Silage fermenattion of fish wastw products with lacticbacteria, Journal Sciencie Food Agriculture., 34, 1057. 11. Mackie, L. (1971) “Fish Fermented Products”, FAO, Iforme Technology Pesca 100. 12. Van Wick Heydenrich (1985), The production of naturally fermented fish silage using various Lactobacilli and different Carbohidrate sorces J. Science Agriculture 36. ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA Domingo Sánchez Amado* Fabiola Olivares Ponce* RESUMEN El objetivo de este trabajo es hacer una simulación del proceso de congelación en el cálculo del tiempo, empleando el método numérico de sustitución directa. Para esto se empleó tres tipos de carnes: vacuno, pollo y pescado los cuales fueron sometidos a un proceso de congelación partiendo de la temperatura ambiente (22ºC) hasta la temperatura del congelador (-120C). Las dimensiones fueron: vacuno de 10 cm de espesor y pollo y pescado de 20 cm de espesor. Cada 30 minutos se tomó los datos de temperatura con una termocupla digital, hasta temperatura del congelador constante. Paralelamente se escogió ecuaciones para determinar el tiempo de congelación, en base a las cuales se programó en Lenguaje Basic, para cada carne: vacuno, pollo y pescado. El tiempo de congelación encontrado al correr el programa es: Para vacuno 7 horas y para pollo y pescado 9 horas. Además se da una explicación detallada del diagrama de flujo lógico que sirve de base para la programación y una explicación de las sentencias del programa. Haciendo una comparación entre los resultados experimentales y el resultante de la corrida del programa no existe diferencia en cuanto se refiere a tiempo en horas, con lo que se concluye que los programas presentados son funcionales. Para alimentar al programa es necesario datos de constantes físicas como calor especifico, conductividad térmica, diferencias de temperatura, espesor de alimento, entre otros. SUMMARY The aim of this research is to make a simulation of the freezing process about the calculation of the time, using the numerical method of direct substitution. Three types of meats have been used for this purpose: bovine, chicken and fish which were subjected to a freezing process starting from an environmental temperature (22ºC) to a freezer temperature (-12ºC). * Ingeniero Pesquero, Docente de la Facultad de Pesquería, Universidad Anales Científicos UNALM 272 The dimensions were: bovine 10 cm. thick and chicken and fish 20 cm thick. The temperature data have been taken every 30 minutes with a digital thermocupla to get a constant temperature of the freezer. At the same time, equations have been chosen to determine the freezing time programmed in Basic language for each meat: bovine, chicken and fish. The freezing time when the program is running is about 7 hours for bovine and 9 hours for chicken and fish. It has also explained the logic flow diagram in detail which is the base for the program and explanation of the program sentences. There is no difference between the experimental results and the program running results respect to the time in hours, therefore these programs are functional. Physical constant data are necessary to feedback the program, for instance, specific heat, thermal conductivity, temperature differences, food thickness, and so on. INTRODUCCION La industria de la alimentación tiene un sin número de tareas y una de ellas está encaminada a alargar el tiempo de conservación de los productos animales o vegetales, empleando métodos adecuados asegurando la calidad, permitiendo así el abastecimiento de estos tanto en tiempo de escasez como para zonas alejadas a los centros de producción. Para la conservación de los alimentos, muchos procedimiento se han investigarlo entre ellos la utilización del frío, que es el único capaz de conseguir que el sabor natural, olor y el aspecto en general apenas se diferencian de los del estado fresco y aún más si se quieren mantener comestibles durante más tiempo de lo que es posible, se precisa el empleo de la congelación. En la congelación se precisa de una serie de costos operativos para esto se hace necesario un estudio detallado, y uno de los puntos importantes de este proceso es la determinación del tiempo de congelación, cuyo cálculo encuentra mucha dificultades y en la práctica se realiza planteando una serie de suposiciones. Para esto, el método de cálculo a utilizarse debe ser exacto y empleando avances que estén de acuerdo con la ciencia y la técnica y también con la práctica. Los objetivos que se han planteado para el trabajo son los siguientes: • Hacer un estudio del cálculo del tiempo de congelación de carnes de vacuno, pollo y pescado, empleando el método numérico de sustitución en la elaboración de un progra ma computarizado para simular el proceso. • Comparar los resultados teóricos con los obtenidos en la práctica. REVISION DE LITERATURA Generalidades sobre la materia prima a) Carne de pollo (aves) En carne de aves, hay que tener cuidado de hacer una refrigeración total a unos 0ºC inmediatamente después de sacrificarlos (Plank, 1986) ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 273 El gran auge cobrado por la conservación de aves por congelación obedece al carácter estacional que siempre ha tenido la producción aves, así como a la relativa capacidad de conservación (Desrosier, 1983). El tiempo de refrigeración de éstas depende de la especie de ave, tamaño, grado de cebamiento, método de explotación, temperatura inicial de la carne, así como también de los procedimientos utilizados y condiciones de refrigeración. Uno de los objetivos fundamentales de la congelación de aves estriba en obtener un producto terminado con aspecto óptimo para el consumidor (Gruda et. al., 1986). La composición química de la carne de pollo es: 20,5% de proteína, 4,3% de grasa y 74,4% de agua (Agapito, 1999) b) Carne de res Para la obtención de una carne adecuada se necesita de un buen conocimiento de los tejidos, de las modificaciones después matanza y de la calidad durante el despiece (Cheftel, 1981 y Fennema, 1985). En cuanto a la composición química de la carne, se da por los variados componentes químicos que lo conforman, dando éstos además el valor nutricional: Agua; la carne posee un promedio de 75%, siendo el contenido mayor en animales jóvenes. Carbohidratos; la cantidad de carbohidratos en la carne es muy poca, entre los cuales se encuentran polisacáridos como el glucógeno y monosacáridos. Grasa; el contenido es variado dependiendo de la especie y del estado nutricional, variando al 47%. Es un medio de protección de la deshidratación de la carcasa. Proteína; se encuentra en promedio de 20%. El valor biológico de la proteína de la carne es alta. Otros; además se encuentra minerales en forma de sales y vitaminas como A, D y E (Grau, 1965) c) Carne de pescado El pescado se descompone más pronto que otros animales debido a características intrínsecas, además, el tiempo de conservación se ve disminuido por el período que transcurre entre la captura y el proceso o consumo. Es frecuente que el pescado fresco se manipule varias veces después de la descarga, esto puede traer consigo magulladuras, contaminación o temperaturas elevadas, lo cual influirá en su calidad para el consumo fresco (Connel, 1988). La composición química de la carne de pescado es: 23,8% de proteína, 4,2% de grasa y 73,4% de agua (Agapito, 1999) Se debe rechazar el pescado fresco del cual se sepa que contiene sustancias nocivas, producto de la descomposición y otro puede causar algún tipo de problema (Neave, 1989) Anales Científicos UNALM 274 Generalidades y uso del lenguaje BASIC El Basic, es un lenguaje difícil de aprender y se presta a muchos usos, además existen varios niveles, y el más usado es el BASICA (nivel avanzado). Se usan para escribir programas o controlar el flujo de programas, arreglo de datos tabulares, para lograr una programación con menos errores, para elaborar archivos, gráficos, procesamiento de palabras, encadenamiento de programas, funciones matemáticas, simulación generada en computadora, entre otros (Golstein, 1986) Criterios de programación Un programa es una secuencia de instrucciones y para la elaboración de estos es necesario tener en cuenta los siguientes criterios: • • • • Analizar bien las distintas operaciones a realizar. Luego se escribe el programa. Detección y corrección de los errores del programa, es decir, tener la base suficiente para modificar o hacer las respectivas correcciones. La presentación de los resultados deben ser de tal manera que sean captables para hacer un análisis. Los programas en BASIC deben mostrar dos aspectos de fundamental importancia. Las instrucciones de un programa deben de ir numeradas, cada línea empieza siempre con un número de línea y la computadora ejecuta las instrucciones por orden creciente de número. Al toparse con la instrucción END, se identifica el final del programa y se interrumpe (Golstein, 1986). Simulación de procesos La simulación es una herramienta de análisis que permite utilizar la computadora para efectuar experimentos y resolver una amplia variedad de problemas que son difíciles de solucionar con otros medios (Golstein, 1986). La simulación de un proceso representa el funcionamiento de un sistema por otro, es decir, que la representación de un sistema físico será reemplazado por un programa de computadora (Shoup, 1984). Heldman y Steffe en 1985 (citado por Kleeberg, 1988), presentan un estudio sobre la importancia del uso de la computadora en el análisis de los fenómenos que suceden en procesos de alimentos. A través de una simulación consiguen visualizar mejor la influencia del coeficiente de transferencia de calor en la velocidad de congelamiento, así como el tipo de congelamiento utilizado y el tamaño de la muestra. Tao (1974), desarrolla varios gráficos para estimar el tiempo de congelación en pescados, tomándolo como un sólido de geometría simple y resuelve numéricamente la ecuación de conducción de calor de Fourier, con transferencia de calor convectivo en su superficie. Trabaja con perfiles de temperatura considerando con esto, el calor sensible del producto y la posibilidad de sub-congelamieto. Esto es un inicio del empleo de un proceso simulado de cálculos de tiempo de congelación. ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 275 En cuanto a la aplicación de la simulación a secado de granos, Brooker, (1975) tiene presente cinco ecuaciones de secado y el resultado de estas ecuaciones han sido aplicados a un caso particular de secado de granos, en suma han sido usados para determinar los efectos de un cambio en ciertos parámetros para un secado eficiente o para minimizar los costos operativos. Además, hace una ilustración de una fase de la simulación del secado de granos usando un modelo de ecuación, dando en una tabla de datos de entrada y eliminando un gran número de gráficos para la obtención del secado por simulación. Métodos numéricos Mediante los métodos numéricos, se trata de encontrar raíces de ecuaciones algebraicas y trascendentales. Shoup (1984), señala los principales métodos: • • • • • • • • • Raíces de ecuaciones algebraicas y trascendentales. Solución de ecuaciones algebraicas simultáneas. Selección de problemas de valor ocho. Ajuste de curva. Interpolación y aproximación. Diferenciación e integración numérica. Ecuaciones diferenciales ordinarias. Ecuaciones diferenciales parciales. Optimización. Para encontrar raíces de ecuación algebraica y trascendental de una ecuación no lineal se usa métodos de solución cada una de los cuales tienen características simples de solución, tales como: • • • • • Método de la Bisección. Método de la Falsa Posición. Método de Newton. Método de la Secante. Método de la Sustitución Directa. Estos métodos pueden ser desarrollados elaborando para cada uno, un programa de computación. Fundamentos de la congelación de alimentos La congelación involucra la separación del calor de1 alimento para lograr los siguiente la cristalización como hielo de la mayoría del agua presente en el alimento y la disminución de su temperatura al valor deseado. La congelación involucra la cristalización de agua en su estado líquido a la fase sólida conocida como hielo. La eliminación de calor por debajo de 0ºC no necesariamente forma hielo. El sobre enfriamiento o mejor el sub enfriamiento, con frecuencia se presentará, por lo que sólo bajo ciertas circunstancias, se formarán cristales de hielo (Brennan, 1970). Anales Científicos UNALM 276 Por otro lado, cuando hay formación de cristales, el calor latente de cristalización hace que la velocidad de enfriamiento disminuya hasta que se termine el cambio de fase. El enfriamiento del sistema de calor sensible, sólo se puede separar si la cristalización se acelera por lo que el sistema también debe eliminar el calor latente de cristalización. El problema de la nucleación crea una incertidumbre en el inicio de la cristalización. Para que cualquier tipo de cristal crezca se requiere de una semilla estable; es así que el agua pura, la :cristalización se realiza hasta -40ºC (Neave, 1989). Velocidad de congelación La velocidad de congelación determina la estructura macroscópica de los alimentos congelados, cuando mayor es la velocidad de congelación, más fina es la estructura cristalina. (Brennan, 1970) Matemáticamente la velocidad de congelación se expresa en (cm/hr), mediante la siguiente ecuación: dd (cm/h) W = dz Donde: d W z = Espesor de la capa congelada formada (cm). = Velocidad de congelación (cm/h) = Tiempo (h) En el cálculo de velocidad de congelación, Plank (1986) presenta ecuaciones para láminas, cilindro y esferas, variando de acuerdo a las dimensiones. Se toma en cuenta también la transmisión de calor ya sea monodimensional, bidimensional y tridimensional. La velocidad lineal solo es adecuada para juzgar la distribución espacial de la velocidad de congelación y el tamaño de los cristales. Tiempo de congelación Todos los reportes tecnológicos en la industria de congelamiento, están basados en casi un siglo de investigación, de los cuales el pescado parece haber recibido mayores atenciones de los investigadores en este campo; por su perecibilidad (Fennema, 1985) En términos de ingeniería de procesos y de proyectos, muchos aspectos permanecen sin conclusión; el más contundente es la no existencia de una fórmula exacta para el cálculo del tiempo de congelamiento, como consecuencia de la variación del contenido de hielo con las temperaturas, que va a afectar la capacidad térmica efectiva y la conductividad térmica en cada posición en el alimento con el tiempo (Kleeberg, 1988) Por lo general, para calcular el tiempo de congelación se han utilizado modelos analíticos simplificados y la mayoría de ellos se basan en la ecuación de Plank, que se aplica cuando se presentan un sistema con una temperatura inicial igual a la de equilibrio, propieda- ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 277 des constantes, conducción en estado seudo-continuo en la capa congelada y temperatura final en el centro del producto igual a la inicial. Se presentan dos modelos; uno para transferencia de calor unidimensional, útil para congeladores de placas y similares, y otro para transferencia de calor en más de una dimensión. El modelo unidimensional, se basa en que el tiempo de congelación teórica (Tt) se obtiene por la suma de los períodos de preenfriamiento (tp), de cambio de fase (tc) y de atemperado (ta). Tt = tp + tc + ta El modelo multidimensional se realiza en más de una dimensión, el cálculo del tiempo del cambio de fase para un bloque rectangular o un cilindro finito se puede hacer por una ecuación que caracteriza la transferencia de calor multidimensional (Neave, 1989). Plank (1986) manifiesta que el cálculo del tiempo de congelación se refiere al que sigue el genuino proceso de congelación, y por lo tanto admite que el producto ha sido enfriado ya hasta el punto de congelación. Admite también que todo el calor de congelación se elimina en las proximidades del punto de congelación, supone además que los objetivos a enfriar tienen formas geométricas sencillas (prismas, cilindros o esferas), como las que presentan todos los paquetes que se congelan; además manifiesta que los objetos se consideran homogéneos e isótropos y que cuentan con un valor promedio del índice de transporte térmico. Considera además, corrientes térmicas monodimensionales (prisma con dos caras opuestas), bidimensionales (prismas con cuatro caras opuestas) y tridimensionales (eliminación de calor por las 6 superficies de un prisma); los efectos de la temperatura inicial del producto, los efectos de la temperatura final en el centro del producto y el efecto del empaquetado sobre el tiempo de congelación del producto. Constantes físicas de alimentos que influyen en la congelación Las propiedades que de alguna manera influyen en los procesos térmicos son la entalpía, calor específico y difusividad térmica. En la mayoría de los casos estas propiedades son funciones relativamente constantes de la temperatura. (Neave, 1989) Plank (1986), considera el peso específico (Kg/l), calor específico (valor de entalpía en Kcal/Kg), coeficiente de conductividad calorífica (Kcal/m-h-0C) y el coeficiente de conductividad térmica, además da valores de esta constante para carne magra y grasa de vacuno (Kcal/ m2-h-ºC). Geankoplis (1986), describe detalladamente cada una de estas unidades. MATERIALES Y METODOS Materia Prima Carne de res (pulpa o carne pura), carne de pollo (pecho y pierna) y pescado entero. 278 Anales Científicos UNALM Procedimiento. El procedimiento seguido consiste en el tratamiento del producto (Figura 1) y la elaboración del programa computarizado. Figura 1. Tratamiento del Producto Materia prima Preparación Congelado Registro Materia Prima: Se realizó una inspección organoléptica: olor, color, sabor y textura (Cheftel, 1981 y Plank, 1980) La evaluación organoléptica se realizó ba sándose en la Tabla de Wittfogel (Ludorff, 1972). Preparación: Consistió en identificar la forma del producto que puede tomar como pared, cilindro o esfera.. Los productos son lavados y oreados en el medio ambiente. Congelado: Los productos fueron puestos en un congelador doméstico a temperatura promedio de – 12°C, teniendo en cuenta que los cables de termocuplas hacia el termoregistrador, no dejen abertura en la tapa del congelador. Se hizo lectura cada 5 minutos, hasta temperatura constante en el centro del producto. Paralelamente se elaboró el programa de computación (Figura 2) Recopilación de Ecuaciones Matemáticas: Recopilación de ecuaciones características de estos productos de acuerdo a la forma que adoptan. Elaboración de un Diagrama de Lógica: Se hizo una secuencia lógica a tener en cuenta en la elaboración del programa. ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 279 Elaboración del Programa: Se utilizó el Lenguaje Basic. En ella se tuvo en cuenta las ecuaciones escogidas. La corrida del programa se realizó alimentando a éste los datos necesarios que se encuentran en la ecuación. Comparación : Se realizó en base al experimento y a la corrida de los programas. Figura 2. Pasos para elaborar el Programa Recopilación de Información Selección de Ecuaciones Matemáticas Elaboración de un Diagrama de Lógica Elaboración del Programa Corrida del Programa Resultados RESULTADOS Y DISCUSIONES De la materia prima De acuerdo a las características de olor, sabor, textura y apariencia en general, la carne de res, pollo y pescado tienen buen índice de frescura; lo que cataloga al producto como apto para consumo o proceso. Anales Científicos UNALM 280 Del congelado a) Carne de vacuno Los resultados se muestran en el Cuadro1, en el cual se aprecia que el producto se congela en 7 horas, partiendo desde una temperatura ambiente de 22ºC (temperatura de producto) hasta –12ºC (temperatura promedio constante) y un espesor de 10 cm. Cuadro 1. Variación de la temperatura en el centro de la carne de vacuno H ora (min) Temperatura (ºC ) H ora (min) Temperatura (ºC ) H ora (min) TemperaturTemperatura a º(C) 0 22,0 180 7,0 420 -12,0 10 22,0 210 5,0 450 -11,5 20 20,0 240 2,0 480 -12,0 30 18,0 270 1,0 510 -12,0 40 10,0 300 0,0 540 -12,0 90 9,0 330 -2,0 120 8,0 360 -3,0 150 8,0 390 -9,5 (ºC ) *Resultado del proceso por duplicado b) Carne de pollo. Los resultados del experimento se muestran en el Cuadro 2, apreciándose que el producto se congela en 9 horas, partiendo de una temperatura ambiente de 22ºC hasta -12ºC (temperatura constante) y un espesor de 20 cm. Cuadro 2. Variación de la temperatura en el centro de la carne de pollo H ora (min) Temperatura (ºC ) H ora (min) Temperatura (ºC ) H ora (min) Temperatura (ºC ) 0 22,0 180 4,0 420 -10,0 10 22,0 210 1,0 450 -11,0 20 21,0 240 0,0 480 -11,5 30 18,0 270 -1,0 510 -12,0 40 13,0 300 -3,0 540 -12,0 90 10,0 330 -4,0 120 9,0 360 -7,0 150 7,0 390 -9,0 *Resultado del proceso por duplicado ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA c) 281 Carne de pescado Los resultados se muestran en el Cuadro 3; se observa que el producto llega a congelarse en 9 horas, partiendo de una temperatura ambiente de 22ºC hasta –12ºC (temperatura constante) y un espesor de 20 cm. Cuadro 3. Variación de la temperatura en el centro de la carne de pescado Hora (min) Temperatura (ºC) Hora (min) Temperatura (ºC) Hora (min) Temperatura (ºC) 0 22,0 180 3,0 420 -9,0 10 22,0 210 2,0 450 -10,0 20 20,0 240 0,0 480 -10,5 30 18,0 270 -1,0 510 -11,5 40 10,0 300 -3,0 540 -12,0 90 8,0 330 -4,0 570 -12,0 120 7,0 360 -4,0 600 -12,0 150 5,0 390 -7,0 *Resultado del proceso por duplicado De la selección de ecuaciones a) Carne de vacuno La forma adoptada es la prismática , teniendo en cuenta que presenta forma de filete con espesor determinado, el calor se transmite en una sola dirección y las otras dimensiones son grandes, la ecuación característica para esta condición es: Z = 4λ  ρh  h +  8ϑλ  α  ....................(1) Donde: Z r a = = = Tiempo de congelación en (hr) Calor latente del alimento en estado congelado (Kcal/Kg) Índice de transporte térmico del medio de congelación (Kcal/m2-h-ºC) Anales Científicos UNALM 282 b) l q = = h = Índice de transporte térmico del alimento (Kcal/m-h-ºC) Diferencia entre temperatura de congelación del alimento y temperatura del medio ambiente (ºC) Espesor del alimento (m). (Plank,1986). Carne de pollo y pescado La forma adoptada para pierna y pecho de pollo y pescado, es la forma cilíndrica aquí se asume que el calor se transmite en una sola dimensión (radial). La ecuación adoptada es la siguiente: Z= ρ d d2    + θ  4α 16λ  ....................(2) Donde: Z r d q = = = = a = Tiempo de congelación en (hr) Calor latente (Kcal/Kg) Diámetro del alimento Diferencia entre temperatura de congelación del alimento y temperatura del medio ambiente (ºC) Índice de transporte térmico del medio de congelación l = Índice de transporte térmico del alimento (Kcal/m-h-ºC) (Plank, 1986) De la elaboración del diagrama de lógica general El diagrama de flujo lógico se muestra en la Figura 3, y esta de acuerdo a las ecuaciones adoptadas. La entrada de datos de cada producto, está representado por las constantes físicas del producto. El desarrollo de las ecuaciones adoptadas está en base a la aplicación métodos numéricos de Sustitución Directa para encontrar el tiempo de congelación. La condición: comparando los espesores del alimento a congelar y despejados matemáticamente. El contador, Z=Z+DZ, que contabiliza las horas hasta el cumplimiento de la condicional anterior, al cabo de la cual se imprime el resultado (tiempo de congelación). ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 283 Figura 3. Diagrama de Flujo Lógico INICIO INICIO ENTRADA ENTRADA DE DE DATOS DATOS CALCULO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE TIEMPO DE CONGELACION CONGELACION (H+HD)<=T (H+HD)<=Τ IMPRIME IMPRIME Z Z FIN FIN ZZ == ZZ ++ DZ Programa para el cálculo del tiempo de congelación La elaboración del programa implica tener un instrumento para que pueda ser manejado y obtener resultados precisos, sobre todo cuando son difíciles de operar manualmente. • • • • • La descripción de los programas mostrados en los Cuadros 4, 5 y 6 es la siguiente: De las sentencias 100-260 es el encabezamiento y descripción de la literatura empleada. De la 260-280, son separadores. De la 290-310, son datos alimentados al programa correspondiente a la condición con el que el alimento fue congelado. De la 320-370, se imprime los datos de constantes físicas para el producto o alimentos. De la 380-390, se emplea el método de sustitución directa para la ecuación (1) y (2). cuyos despejes respectivos son: Anales Científicos UNALM 284 h= 8Zθλ 4λ − ρ α  Zθ d 2   d = 4α  − ρ 16   para carne de vacuno para carne de pollo y pescado • La 410 para el caso de vacuno y 420 para pollo y pescado, contabiliza el tiempo en horas. • • La 420 y/o 430, es una condición para cerrar el bucle en el programa La 430 y/o 440. es la impresión del resultado obtenido. Los datos de las constantes físicas para carne de vacuno, pollo y pescado, se presentan al hacer correr los programas respectivos y fueron obtenidos de Plank (1986). De las comparaciones a) Carne de vacuno. Haciendo una comparación entre los datos del Cuadro 1 y de la corrida del programa del Cuadro 4, se observa que el tiempo de congelación del producto es de 420 minutos, es decir, 7 horas para ambos casos. De aquí aducimos que la ecuación adoptada (1) es valida para el cálculo del tiempo de congelación. b) Carne de pollo y pescado. Al igual como en el caso anterior el tiempo en que llega a estabilizarse la temperatura es de 480 a 510 minutos (9-9,5 horas), lo que coincide con el resultado obtenido en la programación que es de 9 horas para ambos casos. La ecuación adoptada (2) es válida para estos productos. c) Tiempo de congelación – Espesor de la carne. Haciendo una comparación de los resultados en la corrida del programa, el tiempo de congelación es de 7 h. para 10 cm. de espesor en carne de vacuno y de 9 h para 20 cm. de espesor en carne de pescado y pollo, esto es debido al calor específico que es mayor para los dos últimos. ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA Cuadro 4. Programa para encontrar el tiempo de congela- 285 286 Anales Científicos UNALM Cuadro 5. Programa para encontrar el tiempo de conge- ESTUDIO COMPARATIVO DEL CALCULO DEL TIEMPO DE CONGELACIÓN DE CARNE DE VACUNO, POLLO Y PESCADO EMPLEANDO EL METODO NUMERICO DE SUSTITUCIÓN DIRECTA 287 Cuadro 6. Programa para encontrar el tiempo de congelación en carne de pescado Anales Científicos UNALM 288 Para la validación de las ecuaciones (1) y (2), se consideró como temperatura del medio (-12°C), esto da lugar a una DT pequeño, si se considera temperaturas más bajas el DT aumentará, bajando el tiempo de congelación. CONCLUSIONES 1. Las ecuaciones adoptadas (1) y (2) son válidas para el cálculo del tiempo de congelación de carnes de vacuno y pollo y pescado respectivamente, las que son funcionales para diferentes temperaturas del medio y del producto . 2. El método numérico de sustitución directa es apropiado para el desarrollo de las ecuaciones adoptadas. 3. La simulación del proceso de congelación en el cálculo del tiempo, es apropiado, puesto que los cálculos manuales son extensos. 4. Los tiempos encontrados son los siguientes: Para vacunos 7 horas Para pollos y pescado 9 horas. BIBLIOGRAFÍA Agapito, T. (1999). Tabla de Composición Química de los: Alimentos, Ácidos Grasos, Aminoácidos. Editorial Isabel. Publicaciones Científicas, Lima. Brennan,J. (1970). Las Operaciones de la Ingeniería de Alimentos. Editorial Acribia. Zaragoza, España. Brooker, D. et al (1975). Drying cereal grains. The AVI Publisher Company, Inc. Weetport Connecticut. Connel, J. (1988). Control de la Calidad del Pescado. Editorial Acribia. Zaragoza, España. Cheftel, J. (1981). Conservación de Alimentos. 12va. Edición. Editorial CECSA. México. Desrosier, N. (1989). Elementos de Tecnología de Alimentos. Editorial Continental S.A. México. Fennema, O (1985). Introducción a la Ciencia de los Alimentos. Tomo I y Tomo II. Editorial Reverté. España. Fennema, O. y Powwie, D. 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Vol 39. Anales Científicos UNALM 290 ANALES CIENTIFICOS CONTENIDO: MARCOS REYES, DELIA INFANTAS Actividad anti-inflamatoria de Grindelia Boliviana (Chiri-Chiri) en ratas.................................................................................... 1 GLORIA PASCUAL S, ROBERTO GONZALES C Características reológicas del almidón pregelatinizado de dos cultivares peruanos de achira (Canna indica Linn).......................................... 15 MIGUEL SÁNCHEZ DELGADO, TOMAS REYES GUILLEN Estudio de la variabilidad espacial del contenido de humedad de un suelo a capacidad de campo a lo largo de un transecto....................................... 38 ROSA MIGLIO T, CESAR NAVA «Evaluacion de la capacidad depuradora de un fitotratamiento de flujo horizontal, para las aguas residuales domésticas en el AA.HH. Nueva Alianza del Distrito de San Juan de Lurigancho»................................. 61 ROSA MIGLIO T. RAÚL ESPINOZA V. “Evaluación del comportamiento de un sistema de pantanos artificiales para el tratamiento de aguas residuales en la granja de porcinos de la UNALM”............................................................................. 82 CONSUELO ROMERO, L. STROOSNIJDER Evaluación del comportamiento del modelo de erosión WEPP bajo condiciones de los Andes: Caso La Encañada - Perú....................................... 98 EFRAÍN MALPARTIDA, LILIANA MENESES F. ISAÍAS MERMA M. Sistemas de producción de trópico - Selva Alta: El caso de Huayopata, La Convención, Cuzco................................................. 117 GRETA ROCÍO SALAS MENÉNDEZ, MANUEL CHAVESTA CUSTODIO Estudio anatómico de tres especies de “banderillas” de la familia myristicaceae provenientes de Villa Rica........................................... 135 ZOILA CRUZ BURGA, PEDRO VÁSQUEZ RUESTA Uso de recursos naturales en las lagunas costeras El Paraíso................................................................................................... 146 291 ROSA MIGLIO T., MARLENE MELLISHO Evaluación de la capacidad depuradora de tres macrofitas acuáticas en pantanos artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas .................................................................. 158 ULISES OSORIO ANGELES, LIZ TARAZONA MATOS Métodos de manejo de malezas en el cultivo de Cartamo (carthamus tinctorius l.) en La Molina .......................................................... 179 BRATZO LOECHIE ANDALUZ, MILO BOZOVICH GRANADOS Análisis de costos de aserrio con motosierra y transporte con mulas, de la especie Prumnopitys harsnuiana (romerillo hembra) en los bosques de neblina de San Ignacio - Cajamarca................................... 195 MILO BOZOVICH GRANADOS, MARIO OSORIO D. Impacto de la extracción selectiva de “caoba” y “cedro” sobre la regeneración natural en un bosque tropical de la selva baja en Madre de Dios ................................................................. 211 ROSA CUEVA L, VÍCTOR GUEVARA C. «Evaluación de dos técnicas de determinación de cenizas insolubles en ácido como indicador interno en estudios de metabolicidad con pollos de carne»......................................................... . 223 ANÍBAL VERASTEGUI, ELSA VEGA, MARIA CRISTINA MIGLIO Fluctuación del oxígeno y amonio resultante de la alimentación de tilapia roja oreochromis spp. en un sistema de recirculación experimental....................................................................... 231 NANCY MARTÍNEZ ORDINOLA, DOMINGO SÁNCHEZ AMADO Utilización de frutas como sustrato en el procesamiento de ensilado de pescado................................................................................ 256 DOMINGO SÁNCHEZ AMADO, FABIOLA OLIVARES PONCE Estudio comparativo del cálculo del tiempo de congelación de carne de vacuno, pollo y pescado empleando el método numérico de sustitución directa ..................................................... 271