FÍSICA, QUÍMICA Y FÍSICO-QUÍMICA DE LOS SUELOS

Materiales volcánicos del Puyehue-Cordon caulle y su uso en formulaciones de sustratos con turba sphagnum

 

Puyehue-Cordon caulle volcanic materials and their use for substrates formulations with sphagnum peat

 

Andrea Paola Seoane^1*, Lilia Beatriz Vence¹, Héctor Alejandro Svartz¹, Lorena Alejandra Barbaro²

¹ Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Ingeniería Agrícola y Uso de la Tierra. Cátedra de Jardinería. Buenos Aires, Argentina.
² INTA EEA Cerro Azul. Misiones, Argentina.
^* Autor de contacto: seoanean@agro.uba.ar

Recibido: 13/04/2015
Recibido con revisiones: 27/09/2017
Aceptado: 08/10/2017

 

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Resumen
El volcán Puyehue entró en erupción en junio del 2011 afectando las provincias argentinas de Neuquén, Río Negro y Chubut. A fin de mitigar las pérdidas económicas y el almacenaje de estos residuos, se han realizado investigaciones para su utilización como sustratos para plantas con buenos resultados. Sin embargo su potencial y sus limitantes no están aun suficientemente evaluados. Los objetivos fueron: 1) determinar los principales parámetros físicos y químicos de tres muestras de materiales volcánicos procedentes de erupciones del Puyehue-Cordón Caulle; 2) realizar formulaciones de dichos materiales con turba de musgo Sphagnum nacional de Tierra del Fuego basados en los resultados obtenidos en el objetivo 1, determinar las propiedades de las mezclas y compararlas con los materiales puros y 3) evaluar la respuesta de Petunia x hybrida 'Ultra White' durante la etapa de propagación en bandejas alveoladas y de Petunia x hybrida 'Madness Plum Crazy' en macetas hasta floración, utilizando como sustratos mezclas de materiales volcánicos y turba. Se midieron densidad, porosidad, retención de agua, aireación, curvas de retención de agua, pH, conductividad eléctrica, nitratos, cationes y fitotoxicidad. De acuerdo a los resultados de los parámetros obtenidos, los materiales volcánicos podrían ser utilizados puros únicamente en cultivos hidropónicos, condicionados a riegos frecuentes por su baja capacidad de retención de agua y agua fácilmente disponible. Esta limitante fue modificada mediante las distintas formulaciones con turba Sphagnum ampliando sus posibilidades de uso. En bandejas alveoladas el mejor resultado se obtuvo con 20% CF + 80% turba y en macetas se obtuvieron resultados adecuados en todos los tratamientos. No obstante estos resultados promisorios, se propone continuar las investigaciones aplicando métodos de medida específicos para materiales con poros ocluidos como también, optimizar el porcentaje y las granulometrías óptimas para formular las mezclas.

Palabras clave: medios de crecimiento; cenizas; petunia; curvas de retención de agua

Abstract
In June 2011 the Puyehue volcano erupted. Its ashes affected the provinces of Neuquén, Río Negro, and Chubut in Argentina. In order to mitigate economic losses investigations were performed to use the ashes in substrates for plants, which showed good results. However, their potential and limitations are not yet sufficiently evaluated. The objectives were: 1) To determine the physical and chemical parameters of three samples of volcanic materials from the Puyehue-Cordon Caulle; 2) To formulate substrates with these materials and Sphagnum peat from Tierra del Fuego according to the results of objective 1, to determine the mixture properties and to compare then with pure materials and 3) To evaluate the response of Petunia x hybrida 'Ultra White' and Petunia x hybrida 'Madness Plum Crazy' in these mixtures. Bulk density, total porosity, water holding capacity, air-filled porosity, water retention curves, pH, electrical conductivity, nitrates, cations and phytotoxicity were determined. Due to their low water holding capacity and easily available water, the evaluated fine and coarse ashes and pumice could be used as pure materials only for hydroponics with frequent irrigation. This limitation has been modified using different Sphagnum peat formulations, which extends their usage. The best result in plugs was obtained with 20% CF+80% peat, and in potting systems all treatments presented proper results.

Key words: growing media, ash; petunia; water retention curves

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INTRODUCCIÓN

El volcán Puyehue forma, junto al C ordón del Caulle, un sistema volcánico conocido en la volcanología como C omplejo Volcánico Puyehue-Cordón Caulle. De los registros del siglo XX surge que este cordón entró en erupciones de magnitud en 1922 y 1960 con el megaterremoto de Valdivia. El último periodo activo comenzó en junio de 2011 con episodios eruptivos hasta 2013. Produjo depósitos de material piroclástico en una amplia área de influencia en las provincias argentinas de Neuquén, Río Negro y Chubut como se muestra en la Figura 1 (Bermúdez & Delpino, 2011) con un volumen estimado de 1460 millones de m³ (Gaitán et al., 2011) modificando los ecosistemas y perjudicando algunas economías regionales. En los depósitos acumulados, el tamaño de las partículas, el volumen y la distribución no fueron homogéneos, las de mayor tamaño cayeron en la zona cercana al volcán (Lat 40°32´S, Long 72°7´O) y las de menor tamaño, por tener menor peso, fueron transportadas a mayores distancias (Bermúdez & Delpino, 2011). Según Mazzoni & Stura (1993) los materiales piroclásticos no consolidados se clasifican por tamaño de partículas en: lapilli de 32-2 mm, cenizas de 2-0,062 mm y polvo si es menor a 0,062 mm. A su vez Flórez et al., (2006) definen la fracción de cenizas en: ceniza fina (0,062-0,25 mm), media (0,25-0,5 mm) y gruesa (0,5-2 mm).

A fin de mitigar las pérdidas económicas y el inconveniente de almacenaje de estos residuos, hay en marcha proyectos para estudiar su posible utilización y se han realizado investigaciones con resultados promisorios como sustratos para plantas (Riat et al., 2013; Seoane et al., 2014; Barbaro et al., 2014; Vence et al., 2014), sin embargo el potencial de estos materiales y sus limitantes no están aun suficientemente evaluados.

Figura 1: Mapa de la zona afectada por la erupción del volcán Puyehue de junio de 2011 con las zonas (bordes rojos) de depósitos de distintos espesores Puntos de toma de las muestras: Puerto Pañuelos, M1 y : Bahía Huemul M2 y M3 Figure 1: Map of the area affected by the Puyehue eruption in June 2011 with the deposit zones (red borders) of different thicknesses. Sampling pointes: Puerto Pañuelos, M1 y : Bahía Huemul M2 y M3. El original esta borroso

En la bibliografía internacional, materiales similares provenientes de erupciones volcánicas han sido estudiados en profundidad como componentes de sustrato para plantas. Styer & Koranski (1997) clasifican a los pumíceos en bandejas alveoladas con signo positivo por su porosidad de aire y negativo por su alta densidad. Burés (1997) menciona las puzolanas como materiales volcánicos utilizados en España como sustrato hortícola, llamadas gredas volcánicas en Cataluña (Martín-Closas & Recasens, 2001) y picones en las Islas Canarias (Santos Coelho & Rios Mesa, 2013; Santos et al., 2007; Alcoverro & Vazquez, 2007; Diaz et al., 2007) usados en tomates y heliconias. En México, la roca volcánica conocida como tezontle es ampliamente utilizado como sustrato para la producción de hortalizas y flores en cultivos sin suelo (Vargas-Tapia et al., 2008). En Colombia, Quintero et al., (2011) mencionan el uso de escoria en los cultivos hortícolas y flores de corte. Los materiales volcánicos también tienen amplia difusión en los países del medio oriente o cercanos: Turquía (Abak & Celikel, 1994); Jordania, donde Manolov et al., (2005) estudian zeolitas en tomates y pepinos comparándolas con zeolitas de Bulgaria y; en Israel el material denominado "tuff", es utilizado desde hace décadas en producción de rosas y claveles (Wallach et al.,1992; da Silva et al.,1993; Silber & Raviv, 1996; Raviv et al.,1999). En la mayoría de los casos se los mezcla con materiales orgánicos para mejorar su retención de agua.

Por otro lado, las turbas rubias de musgo Sphagnum de distintos orígenes presentan alta capacidad de retención de agua (Heiskanen 1995;1997; Fonteno,1996) y su uso puro en contenedores de baja altura puede producir anoxia en las raíces (Karlovich & Fonteno,1986) principalmente en bandejas alveoladas (Milks et al.,1989) y se han propuesto mezclas con materiales de alta porosidad de aire para la etapa de germinación (Willumsen, 1997) con el fin de disminuir su capacidad de contenedor en celdas pequeñas.

En el marco de estas consideraciones los objetivos del trabajo fueron 1) determinar los principales parámetros físicos y químicos de tres muestras de materiales volcánicos procedentes de erupciones del Puyehue-Cordón Caulle; 2) realizar formulaciones de dichos materiales con turba de musgo Sphagnum nacional de Tierra del Fuego basados en los resultados obtenidos en el objetivo 1, determinar las propiedades de las mezclas y compararlas con los materiales puros y 3) evaluar la respuesta de Petunia x hybrida 'Ultra White' durante la etapa de propagación en bandejas alveoladas y de Petunia x hybrida 'Madness Plum Crazy' en macetas hasta floración, utilizando como sustratos mezclas de materiales volcánicos y turba Sphagnum.

MATERIALES Y METODOS

El abordaje metodológico para la evaluación de estas muestras de materiales volcánicas se basó en, Abad et al., (1994) y Valenzuela (2009) según el siguiente esquema.

Materiales utilizados como materias primas Muestras de materiales volcánicos: Estas muestras fueron recolectadas por personal de la EEA INTA Bariloche en: Puerto Pañuelos (Lat 41º03'S, Long 71º31'O) la muestra 1 (M1) y Bahía Huemul (Lat 40º58'S, Long 71º20'O), las muestras 2 y 3 (M2 y M3) (figura 1). El aspecto morfológico se muestra en la Figura 2. Según Daga et al., (2012) la caracterización morfológica de las partículas que se encontraron en las zonas cercanas al volcán y en los primeros días de erupción son las de cenizas (0,062-2 mm) con mayor parte pómez blancas, en menor medida pumíceas marrones, escorias oscuras y algunos fragmentos pequeños de roca. Estos materiales se diferencian por la forma y tamaño de sus partículas y por la forma y posición de las vesículas internas (pequeñas cavidades), mientras que el polvo volcánico (<0,062 mm) corresponde, a pequeños fragmentos de pómez y trizas vítreas (Daga et al., 2010). Respecto a la caracterización química composicional de elementos mayoritarios de las diferentes partículas según los EDS (Espectrometría de dispersión de energía de rayos X) los valores oscilan entre un 65-73% de SiO2, 14-18% Al2O3, 0-1% TiO2, 1-8% Fe2O3, 0-4% MgO, 1-4% CaO, 3-8% Na2O y 1-4% K2O (%m/m) mostrando composiciones similares a los productos de los eventos volcánicos anteriores (Daga et al., 2012; 2008; 2006). La amplia dispersión que tienen los materiales provenientes de esta erupción y sus diferentes características, obligan a marcar puntualmente el lugar del muestreo.

Figura 2: Aspecto morfológicas de las muestras M1, M2 y M3
Figure 2: Morphological appearance of the samples M1; M2 and M3

Muestra de turba: Se utilizó un producto comercial de turba rubia de musgo Sphagnum nacional procedente de Tierra del Fuego (T). Este material es ampliamente empleado en el país para el cultivo de plantas en contenedores. Utilizada en forma pura presenta problemas de exceso de retención de agua y muy bajos pH (Gallardo, 2006).

Métodos de determinación de parámetros

Las determinaciones analíticas se realizaron en el Laboratorio de Sustratos de la Cátedra de Jardinería de la Facultad de Agronomía UBA y en el Laboratorio de Sustratos y Aguas del Instituto de Floricultura (IF)-INTA. Los parámetros físicos se determinaron según norma EN-13041(2007) donde la porosidad total se calcula con la fórmula:

y la densidad de partícula (DP) con los valores de materia orgánica obtenidos por calcinación. Las curvas de retención de agua (CR) se obtuvieron aplicando los valores de tensiones: 0 (valor para la PT), 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 y 100 hPa, y un ajuste según el modelo paramétrico nolineal de Van Genuchten (1980), (Wallach et al., 1992 y Milks et al., 1989). Para estimar los parámetros se utilizó el programa GraphPad Prisma versión 4.0. La distribución de tamaños de partículas (DTP) se obtuvo por método de tamizado en seco con tamices de malla 5,56; 4,75; 3,35; 2; 1,41; 1 y 0,5 mm, con un equipo ITOH electromagnetic sifter MS-200 tamizando 10 min con intervalos de 7 s con una amplitud media (Ansorena Miner 1994; Barbaro et al., 2014). Se calculó el índice de grosor (IG) como el porcentaje de partículas >1 mm.

Los parámetros físico-químicos (pH y conductividad eléctrica) se obtuvieron según el método con dilución 1:5 v/v (Bárbaro et al., 2011). Para las determinaciones químicas de calcio, magnesio, potasio, sodio se filtró la solución 1:5 y se realizó la lectura con un espectrofotómetro de absorción atómica Varian modelo 220 y se midió el contenido de nitratos con un electrodo de ión selectivo Orion Modelo 920 A.

Se realizó un análisis de toxicidad no específica sobre una submuestra del material M1 con metodología basada en Zucconi et al., (1981). Se contó el nº de semillas germinadas (G), se midió la longitud de la radícula en mm (L) referidos a las mismas variables medidas en el control (G% y L%) y se calculó el índice de germinación (Ig) con la fórmula

Análisis crítico de las propiedades de las materias primas

De acuerdo a los resultados del análisis granulométrico (Figura 3) no hay suficiente información para clasificar estrictamente los materiales volcánicos en el rango de cenizas, no obstante para una fácil identificación de los materiales a lo largo del trabajo las muestras recibieron la siguiente denominación: M1: muestra de cenizas finas (CF); M2: muestra de cenizas gruesas (CG) y M3: piedra pómez (PP) ya que es el tipo de material que predomina en esa muestra. Los valores medios de los parámetros de M1, M2, M3 y T se muestran en las Tablas 1 y 2 y su interpretación se describe en la discusión de este trabajo. Basados en los resultados se han formulado los sustratos mezcla con turba Sphagnum que fueron utilizados en los experimentos con plantas.

Figura 3: Distribución de tamaño de partícula de las cenizas finas; cenizas gruesas; piedra pómez y turba de musgo Sphagnum
Figure 3: Particle size distribution of fine ash; coarse ash; pumice and Sphagnum peat moss

Tabla 1: Valores medios de densidad de sustrato seca (DSs); porosidad total (PT); capacidad de retención de agua (CRA); capacidad de aireación (CA); agua fácilmente disponible (AFD); agua de reserva (AR); agua dificilmente disponible (ADD) y densidad de partícula (DP) según método EN-13041 en M1: cenizas finas(CF); M2: cenizas gruesas (CG); M3: piedra pómez (PP) y T: turba de musgo Sphagnum
Table 1: Media of the bulk density (DSs); total porosity (PT); water holding capacity (CRA); air-filled porosity (CA); easily available water (AFD): water buffering capacity (AR); difficulty available water (ADD) according EN13041 method in: M1: fine ash; M2: coarse ash; M3: pumice and T: Sphagnum peat moss

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***,*; p<0,0001; p<0,01 respectivamente

Tabla 2: Valores medios del pH, conductividad eléctrica (CE); Nitratos y concentración de cationes en: M1: cenizas finas; M2: cenizas gruesas; M3: piedra pómez y T: turba de Sphagnum
Table 2: Media of pH, electrical conductivity (CE); nitrate and cations concentration in: M1: fine ash; M2: coarse ash; M3: pumice and T: Sphagnum peat moss.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***,**; p<0,0001y p<0,01 respectivamente

Experimentos con plantas

Se realizaron dos experimentos en un invernáculo del Instituto de Floricultura INTA (Lat 34°36'S, Long 58°40'O) entre los meses de julio y noviembre del 2013.

Experimento I: Se evaluó la respuesta de Petunia x hybrida 'Ultra White' en propagación en bandejas alveoladas. Se formularon los siguientes sustratos en relación v/v:

20CF80T: 20% de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

40CF60T: 40% de cenizas finas + 60% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

20CG80T: 20% de cenizas gruesas + 80% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

40CG60T: 40% de cenizas gruesas + 60% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

El criterio para la formulación de las mezclas fue obtener un aumento en la CRA de los minerales, observando que la DSs se mantuviera dentro de los valores recomendados (60-250 Kgm^{- 3}). Se utilizó como control un sustrato comercial (SC1) indicado por el fabricante para germinación en bandejas multiceldas a base de turba fina de musgo de Sphagnum y corteza de pino. La piedra pómez no se utilizó en este experimento en bandejas dado que presentó casi 60% de partículas > a 5,56 mm (Kipp et al., 2000). Los cinco sustratos enumerados constituyeron los tratamientos en un diseño completamente aleatorizado, la unidad observacional fue una bandeja con 64 alveolos de 24 cm³ y 4 cm de altura y se realizaron 3 repeticiones. Se colocó una semilla por celda (Syngenta peleteadas con un PG 97%). El sistema de riego fue mist automatizado en frecuencia y duración con sensor de intensidad lumínica, con neblina intermitente y agua de ósmosis. Las dosis y frecuencia de la fertilización se ajustaron según Styer & Koranski (1997) con un fertilizante completo 18-18-18. Se midió el porcentaje de emergencia, dividiendo el número de semillas germinadas por el número de celdas de la bandeja, multiplicado por 100. Se dio por finalizado el ensayo cuando el 80% de los plantines tenían siete hojas verdaderas, a los 40 días desde la siembra. Las variables medidas fueron biomasa aérea fresca y seca total. El secado del material vegetal se realizó en estufa de circulación forzada a 65°C hasta peso constante.

Experimento II: Se evaluó la respuesta de Petunia x hybrida 'Madness Plum Crazy' en cultivo en macetas del 10 con las siguientes formulaciones en relación v/v:

20CF80T: 20% de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

50CF50T: 50 % de cenizas finas + 50% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

20CG80T: 20% de cenizas gruesas + 80% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

50CG50T: 50% de cenizas gruesas + 50% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

20PP80T: 20% de piedra pómez + 80% de turba Sphagnum de Tierra del Fuego

El criterio de formulación fue similar al del experimento I y se repitieron dos de los sustratos usados en las bandejas multiceldas (h=4 cm) pero en este caso, al ser usados en macetas de h=8,5 cm tendrán una menor capacidad de contenedor (Vence et al., 2013). Se utilizó como control un sustrato comercial (SC2) a base de turba de Sphagnum, corteza de pino y perlita. Los seis sustratos enumerados constituyeron los tratamientos en un diseño completamente aleatorizado, la unidad observacional fueron 4 macetas con una planta por maceta y se realizaron 3 repeticiones. Se repicaron plantínes de Petunia x hybrida 'Madness Plum Crazy' con 2 pares de hojas verdaderas. El riego fue manual con manguera con flor y se fertilizo con las siguientes dosis: semana 1: 0,28 g/L dos veces x semana; semana 2 y 3: 0,56 g/L dos veces x semana y semana 4 hasta finalizar: 0,83 g/L dos veces x semana con aplicaciones de 50 cm³ de solución, utilizando el mismo producto que en el experimento anterior. Se dio por finalizado el experimento cuando el 50% de las plantas tuvieron al menos una flor completamente abierta, a los 43 días del comienzo. Se midieron las variables respuesta: biomasa aérea total fresca y seca, número de ramificaciones y de flores.

Análisis estadístico

Las submuestras de laboratorio fueron sometidas a los métodos de medición de variables con un tamaño muestral de 3 repeticiones independientes. Los resultados fueron sometidos a análisis de la varianza verificándose que se cumplan los supuestos de independencia, distribución y homocedasticidad. Se realizaron pruebas de correlación (Pearson), test de comparaciones múltiples de medias según test LSD Fischer con el software estadístico InfoStat 1.1 de la Cátedra de Estadística y Biometría y de Diseño de Experimentos de la Universidad Nacional de Córdoba (Infostat, 2004).

RESULTADOS Y DISCUSION

Análisis crítico de las propiedades de las materias primas

Los resultados de las variables físicas se presentan en la Tabla 1 y los gráficos del análisis granulométrico en la Figura 3, resultando los IG: de 16%; 74%; 94%; y 57% en CF; CG; PP y T respectivamente.

Según Kipp et al., (2000) para la mayoría de los cultivos florícolas con riego por aspersión en contenedores entre 5-50 cm de altura, según el método de medida EN-13041, los rangos recomendados serían: para la DSs 60-250 kgm^{- 3}; para la PT 0,85-0,95 cm³cm^-3 ; para la CRA 0,70-0,80 cm³cm^-3 (siendo muy bajos <0,50 cm³ cm^-3 y muy altos > 0,85 cm³ cm^-3); para la CA 0,15-0,30 cm³cm^-3 (siendo muy bajos <0,10 cm³cm^-3), mientras que para AFD sería 0,30- 0,40 cm³cm^-3. Si analizamos los valores de los materiales pumíceos respecto a los valores de referencia, la PT de las cenizas gruesas y finas estaría por debajo de lo recomendado correspondiéndose con densidades por encima de la referencia. La piedra pómez presentó la menor DSs y la PT dentro del rango recomendado. Todos los valores de la CRA resultaron muy bajos y la CA encima del rango recomendado. Valores semejantes fueron publicados por Kipp et al., (2000) en materiales pumíceos del norte de Europa con DSs=431 kgm-3; PT=0,83 cm³cm^-3; CRA=0,43 cm³cm^-3; CA=0,40 cm³cm^-3 y AFD= 0,03 cm³cm^-3, mientras que Vence et al. (2014) midieron en una muestra de cenizas del Puyehue una PT=0,75 cm³cm^-3, CRA=0,54 cm³cm^-3 y AFD= 0,22 cm³cm^-3 ambas determinaciones según el método EN-13041. Sin embargo los valores de las PT calculadas por fórmula, podrían estar sobrestimados si hubiera poros internos cerrados o de difícil acceso al agua. Según Vence et al., (2010) en estos casos es recomendable utilizar métodos de medición directa de la PT o incorporar en la fórmula de PT la DP medida por picnometría con muestra intacta (Teres, 2002; Vence, 2012; Valenzuela et al., 2014). Estas determinaciones podrían realizarse en futuros trabajos para comprobar si hay porosidad efectiva en materiales volcánicos de distintos tipos cuyas vesículas internas suelen presentar tortuosidad (Daga et al., 2012) y presencia de aire entrampado. Similares resultados obtuvieron Santos et al., (2007) en picones en Islas Canarias con granulometrías gruesa (IG>90%), media (60<IG<90%) y fina (IG<60%). Se calculó una correlación entre las variables CRA, CA y AFD con el índice de grosor en los tres materiales volcánicos, resultando una relación lineal directa con la CA (R2 = 0,94) y lineal inversa con la CRA y con el AFD (R2 = 0,99 en ambas) indicando la importancia de las granulometrías en la relación agua-aire. Las curvas de retención de agua se muestran en la Figura 4. Según Vence et al., (2013) la forma de la curva en las tensiones bajas indica la presión de entrada de aire, que representa la mínima presión que debe aplicarse a un sustrato para que el aire desplace al agua en los poros con drenaje libre en la base de un contenedor (régimen no saturado). Se observa que a partir de 20 hPa aproximadamente las curvas se vuelven asintóticas del eje x evidenciando los muy bajos valores del AFD infiriendo que sólo se podrían utilizar estos materiales puros con riegos muy frecuentes (Vence et al., 2013). En la CR de la turba se registra una forma de meseta en el origen característica de materiales finos con altos contenidos hídricos debido a microporos y la presión de entrada de agua resultó en el rango 3 a 4 hPa, y según Milks et al., (1989) será necesario un contenedor de una altura aproximada de 7 cm para que comience a drenar. Por el contrario las cenizas gruesas y la piedra pómez presentan una pendiente empinada en las tensiones más bajas evidenciando un comportamiento característico de macroporos y la presión de entrada de aire estaría muy cercana a la saturación. Resultados similares presentaron Wallach et al., (1992) en materiales volcánicos del norte de Israel con distintas granulometrías, excepto en el cero de tensión, donde en todos los casos utilizó la porosidad efectiva que fue un 80-90% menor que la PT calculada por fórmula. En la Tabla 2 se muestran los resultados de las variables físico-químicas y químicas. Los pH de los materiales volcánicos se mantienen dentro de los rangos requeridos por la mayoría de los cultivos (Styer & Koranski, 1997). Tanto la salinidad como el contenido de cationes se presentan con muy bajos valores tornándolos materiales interesantes para cultivos hidropónicos con fertirrigación (Marfà, 1995). Valores similares de cationes encontraron Chen et al., (1991) en "tuff" de la región de Golan en Israel. La turba de Sphagnum presentó un pH muy ácido y valores de nutrientes provenientes de una fertilización en fábrica. Como resultado del test de fitotoxicidad no específica, la ceniza fina presentó un Ig=93% siendo Ig> 80% el valor de referencia para materiales no tóxicos.

Experimento I: Los parámetros físicos de los sustratos se muestran en la Tabla 3. No se encontraron diferencias en la DSs y la PT entre 20CF80T y 20CG80T; ni tampoco entre 40CF60T y 40CG60T, prevaleciendo en las mezclas el efecto de la turba (baja DSs y alta PT) sobre la granulometría de las cenizas. Sin embargo se encontraron diferencias cuando se aumentó el porcentaje de cada ceniza. El sustrato con 20CF80T fue la única mezcla que presentó CRA dentro del rango recomendable (0,70-0,80 cm³cm^-3) y por otro lado cuando se agregó 40% de cenizas gruesas el sustrato presentó CA y AFD por debajo de los valores recomendados (0,30-0,40 cm³cm^-3). En la Figura 5 se muestran las CR donde se aprecia una zona de meseta en bajas tensiones en todos los materiales siendo la CR del 40CG60T la que presenta menores contenidos hídricos a medida que el sustrato se seca, por efecto del mayor porcentaje de la ceniza gruesa. En la Tabla 4 se presentan los valores de las variables químicas y físico-químicas y el índice de germinación. Se observan valores bajos de la CE y de acuerdo a normas de interpretación general para variables químicas, los nitratos en todos los sustratos presentan valores altos; el Ca y Mg serian adecuados excepto el Ca en SC1 que sería bajo y los valores de K son adecuados excepto en el SC1 que serían altos (Abad et al., 1994; Warncke & Krauskopl, 1983).

 

Figura 4: Curvas de retención de agua, ajustados según van-Genuchten en ceniza fina (M1,CF); cenizas gruesas (M2,CG); piedra pómez (M3, PP) y turba Sphagnum (T)
Figure 4: Water retention curves according van-Genuchten in fine ash (M1, CF); (CG) coarse ash( M2, CG); pumice (M3, PP) y Sphagnum peat moss (T)

Tabla 3: Valores medios de densidad de sustrato seca (DSs); porosidad total (PT); capacidad de retención de agua (CRA); capacidad de aireación (CA); agua fácilmente disponible (AFD); agua de reserva (AR); agua difícilmente disponible (ADD), según método EN-13041 en: 20CF80T: 20 % cenizas finas + 80% turba Sphagnum; 40CF60T: 40 % cenizas finas + 60% turba ; 20CG80T: 20 % cenizas gruesas + 80% turba; 40CG60T: 40 % cenizas gruesas + 60% turba; SC1: sustrato comercial
Table 3: Media of the bulk density (DSs); total porosity (PT); water holding capacity (CRA); air-filled porosity (CA); easily available water (AFD): water buffering capacity (AR); difficulty available water (ADD), according EN13041 method in: 20CF80T 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 40CF60T 40% fine ash + 60% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 40CG60T: 40% coarse ash + 60% peat; SC1: commercial substrate

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***,**; *; p<0,0001; p<0,01 y p<0,1 respectivamente; ns. no significativa

Figura 5: Curvas de retención de agua, método EN-13041 y van-Genuchten de: 20CF80T: 20% ceniza fina + 80% turba Sphagnum; 40CF60T: 40% de cenizas finas + 60% turba; 20CG80T: 20% de cenizas gruesas + 80% turba; 40CG60T: 40 % de cenizas gruesas + 60% turba; SC1: sustrato comercial
Figure 5: Water retention curves according EN-13041 and van Genuchten in: 20CF80T: 20% fine volcanic ash + 80% Sphagnum peat moss; 40CF60T: 40% fine ash + 60% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 40CG60T: 40% coarse ash + 60% peat; SC1: commercial substrate

Tabla 4: Valores medios del pH, conductividad eléctrica (CE); Nitratos y concentración de cationes e índice de fitoxicidad (Ig) en: 20CF80T 20 % de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum; 40CF60T: 40 % de cenizas finas + 60% de turba; 20CG80T: 20 % de cenizas gruesas + 80% de turba; 40CG60T: 40 % de cenizas gruesas + 60% de turba; SC1: sustrato comercial
Table 4: Media of pH, electrical conductivity (CE); nitrate and cations concentration and fitoxicity index (Ig) in: 20CF80T: 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 40CF60T: 40% fine ash + 60% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 40CG60T: 40% coarse ash + 60% peat; SC1: . substrate

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***,**; *; p<0,0001; p<0,01 y p<0,1 respectivamente; ns: no significativa

En el test de germinación no se encontraron diferencias significativas entre los sustratos y los valores resultaron similares al 97% informado por el proveedor de semillas. Los valores medios de la biomasa fresca y seca total de los plantines de petunia se presentan en la Tabla 5. Los sustratos con mayores porcentajes de turba presentaron mayor biomasa fresca, sin embargo los sustratos con componente de ceniza fina fueron los que presentaron mayores valores de biomasa seca. Se calculó el coeficiente de correlación entre la biomasa seca total y las variables PT (r= 0,85); CRA (r= 0,99), AFD (r= 0,99) y CA (r= 0,84) correspondiéndose los mayores valores con las variables que expresan el aporte de agua a la planta. Con este método de riego automático con sensor lumínico se puede concluir que en estas condiciones de cultivo el mejor sustrato fue el de 20CF80T.

Figura 6: Curvas de retención de agua según método EN-13041 y van-Genuchten de: 20CF80T: 20% cenizas finas + 80% turba Sphagnum; 50CF50T: 50% cenizas finas + 50% turba; 20CG80T: 20% cenizas gruesas + 80% turba; 50CG50T: 50% cenizas gruesas + 50% turba; 20PP80T: 20% piedra pómez + 80% peat.
Figure 6: Water retention curves according EN-13041 and van-Genuchten in: 20CF80T: 20% fine volcanic ash + 80% Sphagnum peat moss; 50CF50T: 50% fine ash + 50% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 50CG50T: 50% coarse ash + 50% peat; 20PP80T: 20% pumice + 80% peat.

Tabla 5: Valores medios de la materia fresca y seca de la biomasa total de petunia en: 20CF80T: 20 % de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum; 40CF60T: 40 % de cenizas finas + 60% de turba; 20CG80T: 20 % de cenizas gruesas + 80% de turba; 40CG60T: 40 % de cenizas gruesas + 60% de turba; SC1: sustrato comercial.
Tabla 5: Media of total fresh and dry biomass of petunia in: 20CF80T: 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 40CF60T: 40% fine ash + 60% peat; 20CG80T: 20% coarse + 80% peat; 40CG60T: 40% coarse ash + 60% peat; SC1: commercial substrate.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***: p<0,0001

Experimento ll: Los parámetros físicos de los sustratos formulados se muestran en la Tabla 6. Los valores de la DSs y la PT se mantuvieron dentro de los rangos recomendados (60-250 kgm-3 y 0,85-0,95 cm³cm^-3 respectivamente). La CRA presenta el menor valor en el sustrato con 50% CG y sólo el de 20% CF entró en el rango recomendado. Es importante destacar que no se encontraron diferencias en las relaciones agua-aire entre 20CG80T (IG = 74%) y 20PP80T (IG = 94%) a pesar de la diferencia del IG, lo que se observa también en todo el trazado de las CR. Se suele predecir que materiales con mayor tamaño de partícula aportaran mayor porosidad de aire (en este caso la piedra pómez), sin tener en cuenta que puede ocurrir disminución de macroporosidad por el fenómeno de oclusión de poros por las partículas más finas (Spomer, 1974; Bunt, 1988) como en este caso, efecto que hace necesaria la cuantificación de estas variables físicas en cada mezcla.

Tabla 6: Valores medios de la densidad de sustrato seca (DSs); porosidad total (PT); capacidad de retención de agua (CRA); capacidad de aireación (CA); agua fácilmente disponible (AFD); agua de reserva (AR) y agua difícilmente disponible (ADD) según método EN- 13041 en: 20CF80T: 20 % de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum; 50CF50T: 50% cenizas finas + 50% turba; 20CG80T: 20 % de cenizas gruesas + 80% de turba; 50CG50T: 50% cenizas gruesas + 50% turba; 20PP80T: 20% piedra pómez + 80% turba y SC2: sustrato comercial.
Table 6: Media of the bulk density (DSs); total porosity (PT); water holding capacity (CRA); air-filled porosity (CA); easily available water (AFD): water buffering capacity (AR); difficulty available water (ADD), according EN13041 method in: 20CF80T: 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 50CF50T: 50% fine ash + 50% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 50CG50T: 50% coarse ash + 50% peat; 20PP80T: 20% pumice + 80% peat; SC2: commercial substrate.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***,**; *; p<0,0001; p<0,01 y p<0,1 respectivamente; ns: no significativa

En la Tabla 7 se presentan las variables químicas. La CE presentó valores bajos correspondiéndose con bajos niveles de cationes excepto en el sustrato comercial que presentó valores altos. La biomasa fresca total y la biomasa seca total, nº de ramificaciones y nº de flores se presentan en la Tabla 8. El sustrato comercial fue el que tuvo mayores valores de biomasa fresca y seca, alto nº de ramificaciones, sin embargo no se encontraron diferencias en el nº de flores. Entre las mezclas los mayores valores de biomasa seca se dieron en los sustratos con CF sin embargo no se encontraron diferencias significativas entre el 50% CF y el 20% CG. El tratamiento 50CG50T con la menor CRA se correspondió, en estas condiciones, con la menor biomasa fresca y un valor bajo en la biomasa seca. Este resultado podría ser mejorado con riegos más frecuentes y no implica descartar el uso de esta mezcla en otros sistemas. Se realizó una correlación entre la biomasa seca total y las variables iniciales de los sustratos CRA (r= 0,56); Nitratos (r= 0,80) y CE (r = 0,83). Al ser el programa de fertilización uniforme en todos los tratamientos parecería en este caso, que el mayor valor de masa seca se relaciona más con la cantidad de nutrientes totales aportados a las raíces que con las características físicas de los sustratos. En futuros trabajos se debería ajustar la dosis de fertilización a los valores iniciales de cada sustrato para aportar las mismas cantidades de nutrientes a todos los tratamientos (sustrato + fertilización externa).

Parámetros físicos de los materiales puros y todas las formulaciones

Los resultados de la caracterización física de todos los materiales se presentan en la Tabla 9, a fin de facilitar la comparación del efecto de las distintas granulometrías de los materiales puros y los porcentajes en las mezclas evaluadas en los valores de los parámetros. En todas las mezclas se obtuvo menor DSs y mayor PT que en los volcánicos puros, observando que al utilizar CF, la PT disminuye a medida que aumentamos los porcentajes e inversamente la DSs. Sin embargo la CRA cambia recién a partir del agregado de 40% de CF y se mantiene con el 50% no encontrándose diferencias en la CA. Con el agregado de 20% de CG a la turba la PT no varía respecto al 20% de CF mientras que la CRA disminuye a medida que aumenta el % de CG. El agregado de la PP solo modifica la DSs respecto a la CG no encontrándose diferencias en las demás variables. Estos resultados indicarían que hay fenómenos de sustitución de poros por partículas finas y sería interesante a partir de estos resultados futuros estudios de las óptimas granulometrías a utilizar, teniendo en cuenta el manejo y el sistema de producción. Se concluye la importancia del estudio del efecto de las granulometrías de los materiales inorgánicos en las mezclas.

Tabla 7: Valores medios del pH, conductividad eléctrica (CE); Nitratos; concentración de cationes en; 20CF80T: 20 % de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum; 50CF50T: 50% cenizas finas + 50% turba; 20CG80T: 20 % de cenizas gruesas + 80% de turba; 50CG50T: 50% cenizas gruesas + 50% turba; 20PP80T: 20% piedra pómez + 80% turba y SC2: sustrato comercial
Table 7: Media of pH, electrical conductivity (CE); nitrate and cations concentration in: 20CF80T: 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 50CF50T: 50% fine ash + 50% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 50CG50T: 50% coarse ash + 50% peat; 20PP80T: 20% pumice + 80% peat; SC2: commercial substrate.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***: p<0,0001

Tabla 8: Valores medios de la biomasa total fresca y seca, número de ramificaciones y de flores de petunia en: 20CF80T: 20 % de cenizas finas + 80% de turba Sphagnum; 50CF50T: 50% cenizas finas + 50% turba; 20CG80T: 20 % de cenizas gruesas + 80% de turba; 50CG50T: 50% cenizas gruesas + 50% turba; 20PP80T: 20% piedra pómez + 80% turba y SC2: sustrato comercial
Table 8: Media of total fresh and dry biomass of petunia in: 20CF80T: 20% fine ash + 80% Sphagnum peat moss; 50CF50T: 50% fine ash + 50% peat; 20CG80T: 20% coarse ash + 80% peat; 50CG50T: 50% coarse ash + 50% peat; 20PP80T: 20% pumice + 80% peat; SC2: commercial substrate.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***; p<0,0001

Tabla 9: Valores medios de densidad de sustrato seca (DSs); porosidad total (PT); capacidad de retención de agua (CRA); capacidad de aireación (CA); agua fácilmente disponible (AFD); agua de reserva (AR); agua difícilmente disponible (ADD) según EN-13041 en: CF: cenizas finas; CG: cenizas gruesas; PP : piedra pómez y T: turba Sphagnum; 20CF80T: 20% CF + 80% turba; 40CF60T: 40% CF + 60% turba; 50CF50T: 50% CF + 50% turba; 20CG80T: 20% CG + 80% turba; 40CG60T: 40% CG + 60% turba; 50CG50T: 50% CG + 50% turba y 20PP80T: 20% PP + 80% turba.
Table 9: Media of the bulk density (DSs); total porosity (PT); water holding capacity (CRA); air-filled porosity (CA); easily available water (AFD): water buffering capacity (AR); difficulty available water (ADD), according EN13041 method in: CF: fine ash; CG: coarse ash; PP: pumice and TTF: Sphagnum peat moss; 20CF80T: 20% CF + 80% peat; 40CF60T: 40% CF + 60% peat; 50CF50T: 50% CF + 50% peat; 20CG80T: 20% CG + 80% peat; 40CG60T: 40% CG + 60% peat; 50CG50T: 50% CG + 50% peat y 20PP80T: 20% PP + 80% peat.

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p< 0,05) con test de LSD Fischer; ***: p<0,0001. Valores recomendados por Kipp et al., (2000) para la mayoría de los cultivos florícolas con riego por aspersión en contenedores entre 5-50 cm de altura.

CONCLUSION

El abordaje metodológico permitió identificar las características del material volcánico recolectado, y de sus formulaciones con turba de musgo Sphagnum. Las diferencias encontradas en los parámetros físicos y químicos, reflejan la importancia de testear los elementos puros previo a la formulación de los sustratos. Al ser mezclados con diferentes proporciones de turba mejoraron sus propiedades y según se desprende de los dos experimentos llevados a cabo en bandejas alveoladas y en macetas en ambas variedades de petunia, es viable su uso en la producción de plantines florales.

Las propiedades de las distintas mezclas varían en función de la granulometría de los materiales volcánicos y de las proporciones en las mezclas pero no en forma lineal. Para cada sistema de producción se deberá evaluar cada mezcla, sus propiedades físicas y químicas como así también la interacción con los factores de riego y fertilización. Los materiales volcánicos puros se podrían evaluar en futuros experimentos en sistemas hidróponicos con riegos frecuentes.

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