Diseño y viabilidad de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas
Trabajo Final de Grado
Ingeniería de Sistemas Biológicos
Autor: Albert Vidal García Tutor: Josep Claramunt Blanes
Cotutora: Maria Teresa Mas Serra Junio del 2019 Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Resumen
Las malas hierbas son actualmente una de las principales restricciones a la producción de alimentos en el mundo y la principal amenaza de los agricultores. Su control es, por tanto, de vital importancia de cara a garantizar la productividad de los cultivos. Para ello se utilizan métodos como herbicidas o acolchados plásticos. Sin embargo, problemas de contaminación y especies resistentes a herbicidas han aparecido y crecido estos últimos años. El hydromulch, un tipo de acolchado líquido de pasta de papel que se aplica sobre el suelo, es una alternativa más sostenible a los acolchados plásticos.
Se pretende estudiar en este trabajo las propiedades mecánicas de un hydromulch fabricado a partir de pasta de papel, yeso, fibra Kraft y diferentes residuos orgánicos tales como cascarilla de arroz, paja y residuo de champiñón, así como ver el efecto de éste en la germinación y emergencia de una serie de plantas arvenses: Amarantus retroflexus, Digitaria sanguinalis, Lactuca serriola, Sonchus oleraceus, Torilis arvensis y Xanthium strumarium. Ésta última tuvo que eliminarse del estudio debido al bajo porcentaje de germinación obtenido. Paralelamente se pretende llevar a cabo una mejora del hydromulch fabricado a partir de cascarilla de arroz y paja mediante la limpieza del residuo orgánico con tensoactivo.
Para ello se han estudiado la resistencia a tracción y punzado de los materiales, y se ha realizado un recuento de la germinación y emergencia de las semillas bajo hydromulch, así como un estudio de su viabilidad mediante el test del tetrazolio. Los resultados de tensión y energía, así como los valores de germinación y viabilidad de las semillas, han sido analizados estadísticamente.
Se obtuvo un material que presentó una fuerza de tensión promedio a la tracción de 0.18 MPa y al punzado de 2.47 MPa. La mejora de los materiales no resultó como se esperaba, ya que los resultados obtenidos fueron inferiores a los obtenidos previamente a la mejora. El hydromulch ha resultado ser una buena medida de control de malas hierbas, ya que ha impedido la emergencia de plántulas de todas las especies estudiadas. Se consolida, así, como una alternativa muy interesante para sustituir los acolchados plásticos.
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Resum
Les males herbes són actualment una de les principals restriccions a la producció d’aliments arreu del món, així com la principal amenaça pels agricultors. El seu control és, per tant, de vital importància de cara a garantir un èxit productiu dels cultius. Per a això s’utilitzen diferents mètodes com herbicides o encoixinats plàstics. No obstant això, problemes de contaminació i espècies resistents a herbicides han aparegut i crescut aquests últims anys. L’hydromulch, un tipus d’encoixinat líquid que s’aplica al sòl, és una alternativa més sostenible als encoixinats plàstics.
Es pretén estudiar en aquest treball les propietats mecàniques d’un hydromulch fabricat a partir de pasta de paper, guix, fibra Kraft i diferents residus orgànics com clòfia d’arròs, palla i residu de xampinyó, així com veure l’efecte d’aquest en la germinació i emergència d’una sèrie de plantes arvenses: Amarantus retroflexus, Digitaria sanguinalis, Lactuca serriola, Sonchus oleraceus, Torilis arvensis i Xanthium strumarium. Aquesta última espècie va haver de ser eliminada de l’estudi com a conseqüència del baix percentatge de germinació obtingut. Paral·lelament, es pretén portar a terme una millora de l’hydromulch fabricat a partir de clòfia d’arròs i palla mitjançant una neteja del residu orgànic amb un tensoactiu.
La resistència a tracció i punxonament dels materials ha estat estudiada, i s’ha realitzat un recompte de la germinació i emergència de les llavors sota l’hydromulch, així com un estudi de la seva viabilitat mitjançant el test del tetrazoli. Els resultats de tensió i energia, així com els valors de germinació i viabilitat de les llavors, han estat estudiats estadísticament.
Es va obtenir un material que va presentar una força de tensió mitjana a la tracció de 0.18 MPa i al punxonat de 2.47 MPa. La millora dels materials no ha resultat com s’esperava, ja que els resultats obtinguts foren inferiors als obtinguts prèviament a la millora. L’hydromulch ha resultat ser una bona mesura de control de males herbes, ja que ha impedit l’emergència de plàntules de totes les espècies estudiades sense alterar la viabilitat de les seves llavors. Es consolida, així, com una alternativa molt interessant per a substituir els encoixinats plàstics.
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Abstract
Weeds are currently one of the main restrictions to food production worldwide as well as the main threat to farmers. Their control is, thus, of vital importance so as to ensure a productive success of crops. For this purpose, different methods are used such as weed-killers or oil-based plastic padding, known as mulches. Nevertheless, contamination problems and herbicide-resistant species are progressively appearing. Hydromulches, a kind of liquid padding made from paper pulp which is applied to the soil, are a more sustainable solution to oil-based plastic mulches.
Mechanical properties of an hydromulch made from paper pulp, plaster, Kraft fibre and organic wastes as rice husk, straw, and mushroom wastes are aimed to be studied in this report, as well as to find out the effect of this material on the germination and emergence of a set of weeds: Amarantus retroflexus, Digitaria sanguinalis, Lactuca serriola, Sonchus oleraceus, Torilis arvensis and Xanthium strumarium. The latter had to be removed from the experiment owing to the low percentage of germination obtained. Concurrently, there will be carried out an enhancement of an hydromulch made from rice husk and straw through the organic residue cleaning with a surfactant.
To do this, the resistance to traction and perforation have been studied, and a seed germination and emergence count under hydromulch has been performed. Seed feasibility has been analysed through tetrazole test. A statistical analysis has been carried out to assess the results of stress and energy of the material as well as the values of germination and feasibility of the seeds.
A material displaying average stress to the traction of 0.18 MPa and to perforation of 2.47 MPa was achieved. The material improvement did not end up as expected since the results obtained were lower to those obtained before the above-mentioned improvement. The hydromulch has ended up being a good weed control measure since it has avoided the emergence of the plantlets of all the species studied without alter the feasibility of their seeds. It becomes established as one very interesting alternative to oil-based plastic mulches.
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Résumé
Les mauvaises herbes sont actuellement une des principales restrictions contre la production d’aliments autour de monde ainsi comme la principale menace des agriculteurs. Son contrôle est, donc, de vitale importance pour assuré un succès productif des cultures. Pour cela, différentes techniques sont utilisées, comme herbicides ou rembourrages plastiques. Néanmoins, des problèmes de contamination et des espèces résistantes à ces herbicides apparaissent de plus en plus ces dernières années. L’hydromulch, une espèce de rembourrage liquide qui s’applique au sol, est une alternative plus durable aux rembourrages plastics.
Les propriétés mécaniques d’un hydromulch fait de pulpe de papier, plâtre, fibre Kraft et différent résidus organiques comme l’enveloppe du riz, paille et résidu de champignon, sont étudiées dans ce travail, ainsi comme l'effet de ce matériel dans la germination et émergence d’un ensemble de mauvaises herbes : Amarantus retroflexus, Digitaria sanguinalis, Lactuca serriola, Sonchus oleraceus, Torilis arvensis et Xanthium strumarium. La dernière fut éliminée de l'expérience comme à conséquence des mauvais pourcentages de germination obtenu. Parallèlement, une amélioration de l’hydromulch sera menée a terme dans un hydromulch fait à partir de l’enveloppe du riz et de paille à travers le nettoyage des résidus organiques avec un tensioactif.
Pour cela, la résistance a la traction et à la crevé des matériaux ont été étudiée. En plus, il s’a mené à terme un comptage de la germination et émergence des gaines sous l’hydromulch et une étude de la viabilité de ces graines avec le test du tétrazole. Les résultats de tension et d’énergie, ainsi que les valeurs de germination et de viabilité des graines, ont été analysés de manière statistique.
Un matériel présentant une tension moyenne à la traction de 0.18 MPa et à la crevé de 2.47 MPa a été obtenu. L’amélioration du matériel ne fut pas comme attendu, puisque les résultats ont été inférieurs aux obtenu avant de l’amélioration. L’hydromulch semble être une bonne mesure de contrôle des mauvaises herbes parce qu’il a empêché l’émergence de plantules de toutes les espèces étudiées sans altérer la viabilité de ses graines. Il se consolide, pourtant, comme une alternative vraiment intéressante pour substituer les rembourrages plastiques.
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Índice
Índice de Figuras………………………………………………………………………………………………………………….…..…..6
Índice de Tablas……………………………………………………………………………………………………………………………9
1. Introducción………………………………………………………………………………………………………….…………....11 2. Objetivos………………………………………………………………………………………………………..……………………20 2.1 Objetivos específicos 20 3. Materiales y métodos……………………………………………………………………………………………….………….21 3.1 Materiales utilizados y elaboración de los hydromulches de 1ª y 2ª fase 21 3.2 Estudio de las propiedades mecánicas de los hydromulches de 1ª y 2ª fase 23 3.3 Pruebas de durabilidad y estudio de las propiedades mecánicas de los hydromulches 24 3.4 Estudio de la viabilidad del hydromulch en la germinación y emergencia de malas hierbas 24 3.4.1 Ensayo de germinación con hydromulch y viabilidad de las semillas 24 3.4.2 Ensayo de germinación en condiciones óptimas y viabilidad de las semillas 28 4. Resultados y discusión….………………………………………………………………………………………………….….30 5. Conclusiones..……………………………………………………………..………………………………………………………51 6. Bibliografía……………………………………………………………………………….………………………...………………52
Anexo A – Especies vegetales estudiadas…………………………………………………….….…………………..……..59
Anexo B – Imágenes de los experimentos……………….………………………………………..…………………....….68
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Índice de Figuras
Figura 1. Comparación entre un cultivo con y sin acolchado…………………………………………………………13
Figura 2. Residuos orgánicos utilizados en la elaboración de los mulches de la 1ª fase…………………21
Figura 3. Funcionamiento del molde utilizado para extraer el agua de las placas………………………….22
Figura 4. Formas y medidas de las piezas utilizadas para las pruebas de tracción y punzado ....…....23
Figura 5. Visión transversal de un alveolo utilizado en el experimento………………………………………....26
Figura 6. Alveolos utilizados en el ensayo de germinación correspondientes al nivel control……....26
Figura 7. (A) Papel de filtro enganchado en la superficie inferior del mulch; (B) Semilla de A. retroflexus germinada pero no emergida…………………………………………………………………………..….…….27
Figura 8. Resistencia y energía específica de punzado para los distintos residuos orgánicos en función del tratamiento. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras…………..…33
Figura 9. Resistencia y energía específica de tracción para los distintos residuos orgánicos en función del tratamiento. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras ….………………….…35
Figura 10. Evolución de la tensión de punzado y de la tensión de tracción de las placas de la 2ª fase en función del desplazamiento…………………………………………………………………………………..….……………36
Figura 11. Relación entre las pruebas de tracción y punzado para A- tensión y B- energía específica para las distintas muestras estudiadas. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras…………………………………………………………………………………………………………………..……………….38
Figura 12. Evolución temporal del número de plantas germinadas acumulada y porcentaje de germinación al final del ensayo de germinación en placa para cada especie respectivamente. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras …………………………………………………….….41
Figura 13. Porcentaje de semillas viables respecto de las restantes del ensayo de germinación según el test del tetrazolio. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras..…………………42
Figura 14. Semillas de T. arvensis y D. sanguinalis mostrando un resultado positivo en el test del tetrazolio………………………………………………………………………………………………………………………….………..43
Figura 15. Porcentaje de germinación de las diferentes especies estudiadas en el ensayo de germinación en alveolos. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras…..……….43
Figura 16. Separación de medias del arcsin de la proporción de semillas germinadas en alveolo y en placa respectivamente……………………………………………………………………………………………………………....44
Figura 17. (A) Número total de semillas de A. retroflexus germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de A. retroflexus
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras……………………………………………………………………45
Figura 18. (A) Número total de semillas de D. sanguinalis germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de D. sanguinalis respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras…………………………………………………….……..………46
Figura 19. (A) Número total de semillas de L. serriola germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de L. serriola respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras………………………………………………...………………………………47
Figura 20. (A) Número total de semillas de S. oleraceus germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de S. oleraceus respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras………………………………………………………..………….48
Figura 21. (A) Número total de semillas de T. arvensis germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de T. arvensis respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras…………………………………………………..………………………….…49
Figura A.1. Amaranthus retroflexus L……………………………………………………………….……………………….…59
Figura A.2. Digitaria sanguinalis L. Scop…………………………………………………………….……………………..….60
Figura A.3. Lactuca serriola L………………………………………………………………………………….………………..….62
Figura A.4. Sonchus oleraceus L………………………………………………………………………………….………….……63
Figura A.5. Torilis arvensis (Huds) Link…………………………………………………………………………….…….…….65
Figura A.6. Xanthium strumarium L………………………………………………………………………………….…..……..66
Figura B.1. Piezas utilizadas para las pruebas mecánicas de tracción y compresión……………………..68
Figura B.2. Prueba de tracción con el texturómetro TA.XT.Plus…………………………………………...………69
Figura B.3. Prueba de compresión con el texturómetro TA.XT.Plus……………………………………….……..69
Figura B.4. Semillas de A. retroflexus y L. serriola respectivamente…………………………………….…………69
Figura B.5. Semillas de D. sanguinalis y S. oleraceus respectivamente……………………………….………….70
Figura B.6. Semillas de T. arvensis y X. strumarium respectivamente……………………………….…………..70
Figura B.7. Plántulas emergidas en el nivel control de S. oleraceus y X. strumarium...... …………….70
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Figura B.8. Plántulas de T. arvensis atravesando el hydromulch fino…………………………………………….71
Figura B.9. Materiales utilizados en la elaboración de los mulches mejorados…………………………..…71
Figura B.10. Mulch antes y después de su paso por la estufa respectivamente…………………………….71
Figura B.11. (A) Contenido de los alveolos control, donde hay todas las semillas que no han emergido o germinado; (B) Restos de papel de filtro con las semillas no emergidas o germinadas en los tratamientos con hydromulch………………………………………………………………………………………………..72
Figura B.12. Semillas de A. retroflexus enganchadas en el mulch una vez se ha retirado el papel de filtro. En la imagen se señalan con círculos rojos algunas de las semillas enganchadas…………………72
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Índice de Tablas
Tabla 3.1. Dosificación utilizada para las placas de la 1ª fase………………………….……………………..……..22
Tabla 3.2. Dosificación para la preparación de las distintas placas de la 2ª fase……………………..……..22
Tabla 3.3. Dosificación utilizada para la elaboración de una tanda de hydromulch…………………..…...22
Tabla 3.4. Fecha de recolección y procedencia de las especies vegetales utilizadas…………………...….24
Tabla 4.1. Significación de los tres factores de variación estudiados a nivel de A- tensión (superior) y B- energía específica (inferior) para la prueba de punzado…………….…………………………………..….…..31
Tabla 4.2. Comparación de medias de tensión y energía para el nivel de factor “material” en la prueba de punzado……………………………………………………………………………………………………………….……31
Tabla 4.3. Comparación dos a dos de las medias de los niveles del factor “interacción MxT” y significación de la comparación a nivel de A- tensión y B- energía respectivamente en la prueba de punzado…………………………………………………………………………………………………………………………….………32
Tabla 4.4. Significación de los tres factores de variación estudiados a nivel de A- tensión (superior) y B- energía específica (inferior) para la prueba de tracción……………….………………….………………..…..33
Tabla 4.5. Comparación de medias de A- tensión y B- energía para el nivel de factor “material” en la prueba de tracción………………………………………………………………………………………………………..……………34
Tabla 4.6. Comparación dos a dos de las medias de los niveles del factor “interacción MxT” y significación de la comparación a nivel de A- tensión y B- energía respectivamente en la prueba de tracción……………………………………………………………………………………………………………..………………………35
Tabla 4.7. Valores medios de tensión y energía para los diferentes materiales en función de la prueba realizada…………………………………………………………………………………………………………………………37
Tabla 4.8. Viabilidad de las semillas no germinadas durante el ensayo de germinación…….………….40
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Agradecimientos
En primer lugar, quisiera dar las gracias a mi tutor Josep Claramunt Blanes y a mi cotutora Maria Teresa Mas Serra. A Josep por todo lo que me ha enseñado respecto a las propiedades mecánicas de los materiales, así como los procesos de fabricación de materiales a partir de compuestos orgánicos. A Maite por lo que he podido aprender sobre malas hierbas y su control, así como el estudio de la viabilidad o estudios estadísticos de germinación. A ambos, por la paciencia y el tiempo que me han dedicado, por la inmensa ayuda que me han proporcionado, por haber estado disponible siempre que he tenido cualquier duda o problema y por haber confiado en mí desde el principio para la realización del trabajo.
Quisiera igualmente dar las gracias al profesor Antoni Maria Claret Verdú por haber estado a mi lado desde el principio, por haberme enseñado diferentes nociones sobre malas hierbas, por el tiempo que me ha dedicado, por estar siempre a mi disposición cuando le he necesitado y por aportar ese toque de humor que siempre se agradece.
Finalmente, agradecer a Júlia Yuste Mayer por haberme hecho más amenos los primeros meses de trabajo y por haberme ayudado en la preparación de los hydromulches para los ensayos de germinación.
A todos ellos, ¡muchísimas gracias!
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1. Introducción
Actualmente, más de mil millones de personas sufren de hambre en el mundo como consecuencia de la política, las guerras o los desastres naturales. Sin embargo, una de las principales causas del hambre “acecha sin ser apenas detectada: las malas hierbas” 1. Ricardo Esteban Labrada-Romero, experto en la materia, explica que “Las sequías, las plagas y las enfermedades como la gripe porcina, llaman la atención porque sus consecuencias son dramáticas. Las malas hierbas son diferentes. Hacen daño de forma callada y durante todo el año, un año tras otro”. Un claro ejemplo es el jopo (Orobanche hederae), que deja los campos yermos durante años, disminuyendo así la producción de cultivos (FAO, 2018). Las cifras demuestran que las malas hierbas son actualmente la principal amenaza de los agricultores, ya que son responsables de una pérdida de 95.000 millones de dólares americanos ($) anuales en la producción alimentaria mundial, frente a los $85.000 millones que provocan los patógenos, los $46.000 millones que provocan los insectos y los $2.400 millones de los animales vertebrados (FAO, 2018). Estos $95.000 millones equivalen a unos 380 millones de toneladas de trigo que se perderían a causa de este problema (FAO, 2018). Las malas hierbas afectan en mayor importancia a los países en vías de desarrollo, en donde las familias deben eliminar manualmente las malezas a diario. Esto provoca que no puedan abarcar más de 1-1.5 hectáreas de terreno, superficie que puede quedar rápida y fácilmente afectada por malezas (FAO, 2018). Un ejemplo de esto es China, uno de los países más afectados por las malas hierbas. Allí, las pérdidas ascienden a los $14.000 millones al año (Shien et al., 2018).
El concepto de mala hierba depende en gran medida del punto de vista, ya que una planta puede ser maleza o no en función de dónde y de cuándo crezca. En términos generales, una mala hierba, planta arvense o maleza, es cualquier especie vegetal que crece de forma silvestre en un lugar donde no se desea que crezca (Peralta & Royuelo, 2005; Villarías, 2006). Por ejemplo, la menta (Mentha L.), que es una planta aromática, se considera maleza cuando crece en praderas de césped. Otro ejemplo puede ser el trigo (Triticum aestivum), que cuando está presente en cultivos de remolacha azucarera (Beta vulgaris L.) se considera maleza (Villarías, 2006). Generalmente se aplica a las especies que crecen en los campos de cultivo. Las malezas se han extendido globalmente y se caracterizan por su alta capacidad de dispersión, su gran persistencia y por ser muy competitivas, haciendo que disminuya el rendimiento y la calidad del cultivo, ya que restringen el acceso a la luz, al agua, a los nutrientes y al espacio (Shien et al., 2018). La competencia de las malas hierbas es principalmente seria en los cultivos hortícolas de siembra directa (Zaragoza, 2013). En India, por ejemplo, las malas hierbas pueden llegar a causar una disminución del rendimiento de los cultivos del 31.5 % (Gharde et al., 2018). Existen actualmente pocos cultivos que puedan competir con las malezas. Son ejemplos el repollo (Brassica spp.) o las alcachofas (Cynara scolymus), que crecen cubriendo el suelo y tapando las malezas. Aquellas plantas que crecen lentamente y cubren poco suelo, como por ejemplo la zanahoria (Daucus carota) o los pimientos (Capsicum annum), sufrirán una fuerte competencia por parte de las malezas (Zaragoza, 2013).
1 Citado del artículo “El enemigo número uno de los campesinos. Las malas hierbas están al acecho”, extraído de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura < http://www.fao.org/news/story/es/item/29425/icode/ > 11
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Con el objetivo de estudiar las malas hierbas y su control, aparece en 1940 la malherbología, que es la ciencia dedicada al estudio y control de las malas hierbas con el fin de proteger los cultivos. Apareció coincidiendo con la invención del ácido 2,4-diclorofenoxiacético (abreviado como 2,4-D, fórmula química: C8H6Cl2O3), el primer herbicida orgánico de síntesis. El control de las malezas presentes en los cultivos es esencial para un éxito en la producción agrícola. Para ello, existen diferentes sistemas de control en función del objetivo perseguido. En términos generales, la elección del método de control adecuado dependerá del problema, del objetivo y de la adecuación al sistema de cultivo. Por ejemplo, en sistemas de prevención, cuyo objetivo es evitar la introducción de ciertas especies, se usarán métodos preventivos, mientras que, en sistemas de reducción, cuya finalidad es la reducción de poblaciones y el aumento de la rentabilidad económica, se utilizaran tanto métodos agronómicos como mecánicos, biológicos y/o químicos (Peralta & Royuelo, 2005). Los métodos preventivos se basan en la limpieza de las semillas, maquinaria y márgenes, así como en el uso de filtros en sistemas de riego. Los métodos biológicos, en cambio, utilizan organismos vivos enemigos de malas hierbas para combatirlas (Peralta & Royuelo, 2005). Esta técnica, a pesar de ser utilizada por países del primer mundo, suele ser más típica en países menos desarrollados, como por ejemplo China, en donde diferentes agentes de control biológico han sido introducidos a lo largo de los años con el objetivo de controlar las malas hierbas en diferentes provincias del país como Guangxi o Yunnan (Shien et al., 2018). El método agronómico utiliza diferentes técnicas como la rotación de cultivos o los acolchados orgánicos. Por otra parte, los métodos mecánicos utilizan diferentes coberturas inertes como plásticos, o técnicas de calor como la solarización. Finalmente, el método químico se basa en el uso de herbicidas químicos para combatir las malas hierbas (Peralta & Royuelo, 2005; Wang et al., 2018). En Estados Unidos, por ejemplo, más del 95 % de los cultivos de algodón, maíz, soja y remolacha son tratados con herbicidas (Wang et al., 2018).
Un herbicida es un producto fitosanitario que altera las hormonas de las plantas. El uso de los herbicidas está ampliamente extendido en el mundo, usándose en prácticamente todos los cultivos. Han permitido controlar diferentes malezas durante años a un precio relativamente adecuado. Sin embargo, sus consecuencias han sido cada vez más perjudiciales, no solo por la contaminación del suelo, del agua, del aire y de las plantas, sino por propiciar la aparición de variedades vegetales resistentes a dichos herbicidas fruto de la presión de selección que ejerce su uso continuado (Dayan & Duke, 2014; Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2016; Wang et al., 2018). Cuando una planta, por mutaciones naturales, pasa a ser resistente a un herbicida, sobrevivirá y propagará sus semillas, que heredaran la resistencia. Al no haber selección, su expansión será rápida. A día de hoy, este problema afecta no sólo a plantas terrestres sino también a la plantas acuáticas y algas (Cedergreen et al., 2006).
El primer caso de resistencia a herbicidas registrado fue para el 2,4-D (abreviación de 2,4- diclorofenoxiacético, fórmula química: C8H6Cl2O3), aunque el problema se dio a conocer cuando se publicó el primer caso de resistencia a triazina (fórmula química: C3H3N3) en Senecio vulgaris, en 1970 (Villalba, 2009). Sin embargo, el herbicida que más problemas está causando actualmente es el glifosato (fórmula química: C3H8NO5P). El glifosato, descubierto en 1972 por el bioquímico Ernest Jaworski, actúa inhibiendo un proceso bioquímico fundamental de las plantas, concretamente la ruta Shikimate. Al ser uno de los más utilizados, diferentes casos de poblaciones de plantas resistente a este herbicida han aparecido a lo largo de los años. El primer caso fue registrado en
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Australia, en Lolium rigidum, en 1996 (Heap & Duke, 2017). Además de afectar a plantas, diferentes estudios han sido realizados en donde se demuestra que el glifosfato también puede tener efectos negativos sobre la salud humana (Richard et al., 2005). Esta resistencia de las malas hierbas a los herbicidas ha provocado que los agricultores hayan tenido que modificar algunas técnicas para poder controlarlas (Green & Owen, 2010). Entran en juego los diferentes métodos mecánicos, donde destacamos a uno por encima del resto: el acolchado plástico.
El acolchado, o mulching, es una técnica agronómica que consiste en la aplicación de una cubierta, generalmente de origen orgánico (paja, papel, cortezas, hojas, serrín, turba, compost, estiércol descompuesto, plástico), aunque también puede ser de origen inorgánico (gravas, áridos de colores), sobre el suelo con el objetivo de aislarlo y protegerlo, y con la finalidad de proteger el cultivo de condiciones ambientales desfavorables y de reducir la competencia que las malas hierbas puedan ejercer sobre éste (Manickam et al., 2010; Kasirajan & Ngouajio, 2012; Haapala et al., 2014; Snyder et al., 2015). Es muy utilizado en aquellas regiones en donde hay escasez de agua, como por ejemplo en algunas zonas del noroeste de China (Xie et al., 2004). Esta técnica fue desarrollada en Japón, en 1950, y se ha extendido rápidamente a nivel mundial, adquiriendo un papel muy importante en la agricultura. El mulching es considerado como una de las técnicas más adecuadas para horticultura (Closas et al., 2017).
El uso de plástico como acolchado, conocido como plasticultura (Manickam et al., 2010; Kasirajan & Ngouajio, 2012; Brodhagen et al., 2015; De Vetter et al., 2017), presenta diferentes ventajas para los cultivos: permite aumentar la temperatura del suelo, el crecimiento, la calidad y el rendimiento del cultivo, pudiendo llegar a aumentarlo en un 20-50 % (Haapala et al., 2014; Wenqing et al., 2017; Gao et al., 2018), lo que se traduce en una más temprana producción (Haapala et al., 2014; Haapala et al., 2015), permite una disminución de la evaporación del agua del suelo al incrementar la resistencia al paso del flujo de vapor de agua del suelo a la atmosfera a través del film (Saglam et al., 2017), lo que se traduce en una mejor regulación de la humedad y una reducción de las necesidades de irrigación (Brault & Steward, 2002; Moreno & Moreno, 2008; Snyder et al., 2015), permite un mejor movimiento de agua y nutrientes, evita la erosión del suelo, ya que lo protege de la lluvia y el viento (Snyder et al., 2015), y evita el crecimiento de malas hierbas, lo que se traduce en un uso menor de herbicidas (Schonbeck et al., 1998; Ibarra et al., 2008; Li et al., 2014; Torres et al., 2016; Closas et al., 2017; De Vetter et al., 2017; Saglam et al., 2017; Sintim & Flury, 2017; Chen et al., 2018; Gao et al., 2018; Shen et al., 2018; Marí et al., 2019). Todo esto puede verse de forma visual en la Figura 1, extraída del artículo de Sintim & Flury (2017).
Figura 1. Comparación entre un cultivo con y sin acolchado. Fuente: Sintim & Flury, 2017.
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De la misma manera, el uso de acolchados plásticos permite obtener una mayor superficie foliar (Haapala et al., 2015; Torres et al., 2016; Closas et al., 2017), lo que permite una mayor acumulación de nutrientes en las hojas (Torres et al., 2016; Canul et al., 2017), una mejor regulación del bromuro de metilo (Johnson & Fennimore, 2005; Manickam et al., 2010) y una mayor eficiencia de los fertilizantes (Li et al., 2014). El acolchado plástico presenta una gran resistencia, una elevada flexibilidad y elasticidad y una considerable resistencia a los productos químicos y a la biodegradación, alargando así su vida útil (Hapaala et al., 2014). Gracias a todas estas ventajas, el acolchado plástico ha conseguido una gran importancia en la actualidad, debido también al bajo coste del material (Shen et al., 2018) y a la facilidad de colocación en el campo mediante maquinaria como tractores (Schonbeck et al., 1998). Por ejemplo, en Estados Unidos, aproximadamente el 79 % de la producción de fresas se realiza en sistemas de plasticultura (De Vetter et al., 2017). Las medidas estándares de los plásticos suelen ser de unos 3 metros de ancho, entre 12 y 80 µm de grosor y una longitud variable (Hapaala et al., 2014).
A la hora de escoger el plástico, una de las principales características que se miran es el color, ya que éste tendrá un efecto directo en el crecimiento de la planta (Ibarra et al., 2008; Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014) y en la germinación o no de las malas hierbas (Johnson & Fennimore, 2005; Haapala et al., 2015). En el mercado se encuentra una amplia gama de colores, siendo el negro y el blanco los más solicitados (Moreno & Moreno, 2008; Hapaala et al., 2014; Haapala et al., 2015; De Vetter et al., 2017; Marí et al., 2019). El mejor color dependerá de la zona geográfica y de la temporada del cultivo (Kasperbauer & Hunt, 1989; Hapaala et al., 2015).
El plástico negro permite un mayor aumento de la temperatura del suelo, ya que absorbe la radiación ultravioleta (15 nm < λ < 400 nm), visible (400 nm < λ < 700 nm) e infrarroja (750 nm < λ < 1 µm) y la conduce al suelo, aumentando así la temperatura en 1-2ºC (Schonbeck et al., 1998), un mayor contenido foliar, un mejor mantenimiento de la humedad y un mayor rendimiento del cultivo (Kasperbauer & Hunt, 1989; Moreno & Moreno, 2008; Manickam et al., 2010; Zaragoza, 2013; Hapaala et al., 2014; Haapala et al., 2015; Ibarra et al., 2018; Micó, 2018). De la misma manera, el acolchado plástico negro favorece la temprana emergencia de las plantas respecto al suelo basal, sin acolchado (Schonbeck et al., 1998; Haapala et al., 2015; CAFE, 2018). Al ser opaco, permite también un excelente control de las malezas, ya que éstas no pueden crecer en ausencia de luz fotosintéticamente activa (Brault & Steward, 2002; Johnson & Fennimore, 2005; Hapaala et al., 2014; Haapala et al., 2015; CAFE, 2018). El plástico blanco, en cambio, absorbe menos radiación y la superficie interior queda normalmente cubierta por gotas de agua (Manickam et al., 2010). Se recomienda el uso de una cubierta plástica blanca cuando se quiera disminuir la temperatura del suelo para favorecer el crecimiento de algunas semillas (Ibarra et al., 2008), mientras que su uso no se recomienda en zonas donde el clima sea frío, ya que este no ayudará a aumentar la temperatura del suelo (CAFE, 2018). A pesar de no calentar el suelo igual que el plástico negro, el plástico blanco permite un buen control de las malezas, una buena retención de la humedad, un aumento del rendimiento del cultivo (Haapala et al., 2015) y un mantenimiento de temperaturas bajas en el suelo alrededor de las raíces (Moreno & Moreno, 2008; Haapala et al., 2015; CAFE, 2018). Otros colores como el rojo, el plateado, el marrón 2, el amarillo, el verde 2, el azul, el plástico transparente
2 El plástico marrón y verde utilizan la tecnología IRT (Infrared Trasmitting), que es una tecnología que combina las propiedades supresoras de malezas con la capacidad de absorción de calor (CAFE, 2018).
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) o incluso la combinación de éstos también son utilizados, pudiendo ser interesantes dependiendo del cultivo. Por ejemplo, en los experimentos realizados por Johnson & Fennimore (2005), se determinó que la combinación entre acolchados plásticos de color verde y marrón resultaba interesante para el cultivo de fresas. Además, obtuvieron que el plástico negro proporcionaba un control de malas hierbas del 100 %, mientras que el blanco, el marrón y el verde presentaban un control del 99.6 %, el amarillo un 99.0 %, el rojo un 98.5 % y el azul un 97.4 %. Por otra parte, el plástico transparente permite que la radiación solar pase a través de él y captura las longitudes de onda correspondientes a la radiación infrarroja, permitiendo así un aumento importante e interesante de la temperatura (Snyder et al., 2015).
Sin embargo, el acolchado plástico está dando lugar a un problema medioambiental muy importante. La gran parte del plástico utilizado se elabora con polietileno (fórmula química C2H4) (Kasirajan & Ngouajio, 2012; Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Li et al., 2014; Hapaala et al., 2015; Snyder et al., 2015; Saglam et al., 2017; Marí et al., 2019), ya sea de baja densidad lineal (LLDPE por sus siglas en inglés Linear Low Density Polyethylene) o de baja densidad (LDPE por sus siglas en inglés Low Density Polyethylene), siendo éste último el más usado por su transparencia y ligereza (Dehbi et al., 2012; Bandopadhyay et al., 2018). El polietileno es un polímero simple de fácil producción, de fácil manejo y de bajo precio, entre 0.05 €/m2 y 0.08 €/m2 en 2014 (Hapaala et al., 2014; Brodhagen et al., 2015; Sintim & Flury, 2017; Wenqing et al., 2017), que representa, junto con el polipropileno, el 48 % del total de plástico producido a nivel mundial (Vargha et al., 2015). Este polímero derivado del petróleo no se degrada fácilmente, suponiendo así un problema medioambiental importante (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Li et al., 2014; Ma at al., 2017; Saglam et al., 2017; David et al., 2018). Sin embargo, el mayor problema de este producto es su eliminación (Moreno & Moreno, 2008; Kasirajan & Ngouajio, 2012; Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Li et al., 2014; Brodhagen et al., 2015; Hapaala et al., 2015; Snyder et al., 2015; Closas et al., 2017; De Vetter et al., 2017). Aproximadamente el 50 % del acolchado plástico posee restos de tierra, vegetación, pesticidas u otros compuestos una vez es retirado del suelo, haciendo que pocas empresas de reciclaje lo acepten. Debido a ello, los restos plásticos deben ser enviados a vertederos, amontonados en el campo o bien quemados en el propio campo. El envío de plástico sucio, a vertederos provoca que su precio aumente. Esto, sumado al elevado coste laboral y económico que conlleva retirarlo del suelo, supone muchas veces una solución inviable para los agricultores, lo que conlleva a que éstos tiendan a amontonarlos o quemarlos de manera incontrolada (Moreno & Moreno, 2008; Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015; Li et al., 2014; Brodhagen et al., 2015; Closas et al., 2017; Ma at al., 2017; Saglam et al., 2017; Sintim & Flury, 2017). La incineración incontrolada de este material envía elevadas cantidades de contaminantes a la atmosfera (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014), ya que para no emitir contaminantes se necesitan temperaturas muy elevadas. Son ejemplos de contaminantes el bifenilo policlorado (PBC por sus siglas en inglés Polychlorinated Biphenyl) y el ácido ftálico (PAE por sus siglas en inglés Phtalic Acid) (Hapaala et al., 2014).
Esta tendencia ha conducido a tener un aumento importante de plástico en los campos de cultivo (Kasirajan & Ngouajio, 2012; Hapaala et al., 2014; Santos et al., 2014; Bandopadhyay et al., 2018). Un claro ejemplo es el de China, el principal país en el mundo en el uso de acolchado plástico, representando un 70 % del plástico total utilizado para agricultura (el segundo puesto lo ocupa Europa, con un 13 %) (Ahokas et al., 2014). En este país, la cantidad de plástico relacionado con la
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) agricultura ha aumentado de 3·105 toneladas a 14.7·105 toneladas de 1991 a 2017 (Gao et al., 2018). En 2017 contaba con 18.14 millones de hectáreas cubiertas con plástico, lo que equivalía a 1.41 millones de toneladas de plástico (Wenqing et al., 2017). Otro ejemplo son los Estados Unidos, que contaban con 162000 hectáreas de campo cubiertas por plástico el año 2014 (Li et al., 2014). Se estima que en este país su uso podría llegar a las 4.24 millones de toneladas para el año 2024, teniendo un crecimiento anual del 6.2 % (Chen et al., 2018). Aquí, el mercado de plástico de uso agrícola representa miles de toneladas de plástico por año, ocupando cientos de miles de hectáreas (Briassoulis, 2006). Esto supone un problema muy importante de contaminación tanto del cultivo como del suelo e incluso del agua, ya que se llegan a producir hasta 250 kg de residuos por hectárea (Wenqing et al., 2017). El aumento de los residuos plásticos provoca que las tierras pasen a ser inutilizables, ya que se disminuye el movimiento de agua y la disponibilidad de nutrientes (Ahokas et al., 2014), así como la actividad de muchos microorganismos beneficiosos para las semillas de las plantas. También puede verse afectada la calidad de la siembra y la estructura del suelo, haciendo que se alteren algunas características físicas del suelo (Hapaala et al., 2014; Ma at al., 2017; Wenqing et al., 2017; David et al., 2018; Gao et al., 2018; Marí et al., 2019). Muchas veces se aumenta el contenido salino del suelo, causando serios problemas a los cultivos (Wenqing et al., 2017). Todo esto se traduce en una disminución del rendimiento del cultivo de entre un 5.9 % (Marí et al., 2019) y un 16 % aproximadamente (Li et al., 2014; Ma at al., 2017; Gao et al., 2018).
Por lo tanto, con el objetivo de reducir el impacto ambiental causado por el plástico de polietileno, se están empezando a utilizar técnicas más sostenibles (eco-friendly). Principalmente existen dos grandes posibilidades comerciales para sustituir los plásticos de polietileno: el plástico biodegradable y el acolchado con pasta de papel.
Por una parte, tenemos los acolchados basados en plástico biodegradable (BDMs por sus siglas en inglés Biodrgradable Mulches) (Moreno & Moreno, 2008; Cirujeda et al., 2012; Kasirajan & Ngouajio, 2012; Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015; Li et al., 2014; Brodhagen et al., 2015; Closas et al., 2017; De Vetter et al., 2017; Saglam et al., 2017; Sintim & Flury, 2017; Chen et al., 2018; Marí et al., 2019). Un plástico biodegradable es un tipo de plástico fabricado a partir de materiales orgánicos, llamados biopolímeros. Son ejemplos el ácido poliláctico (PLA por sus siglas en inglés Polylactic Acid), los termoplásticos de almidón (TPS por sus siglas en inglés Thermoplastic Starch), la celulosa o los polihidroxialcanoatos (PHA por sus siglas en inglés Polyhydroxyalkanoates) (Closas et al., 2017; Bandopadhyay et al., 2018). Éstos son biodegradables, ya que pueden ser asimilables por los microorganismos del suelo, dando lugar a moléculas de CO2, H2O y biomasa (Moreno & Moreno, 2008; Sintim & Flury, 2017; Chen et al., 2018). También incluyen algunos aditivos, lo que los hacen parcialmente biodegradables (Brodhagen et al., 2015; Closas et al., 2017). De hecho, se ha comprobado que un aumento progresivo de residuos de BDMs puede provocar una disminución en el rendimiento del cultivo del 6.45 % (Marí et al., 2019). Los BDMs fueron introducidos a mediados de 1970-principios de 1980 (Kasirajan & Ngouajio, 2012; Haapala et al., 2014; Li et al., 2014; Closas et al., 2017) y se están consolidando como una de las mejores alternativas para sustituir los plásticos de polietileno, ya que los beneficios que aportan a nivel productivo son similares (Cirujeda et al., 2012; Haapala et al., 2014; Santos et al., 2014; Closas et al., 2017; De Vetter et al., 2017; Saglam et al., 2017; Chen et al., 2018; Marí et al., 2019) y no deben ser enviado a vertederos o quemados, permitiendo así un ahorro económico. Éstos simplemente se entierran una vez terminada la temporada del cultivo (Santos et al., 2014). Sin embargo, lo que
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) puede ahorrarse por una parte debe gastarse en la adquisición del material, ya que los BDMs son más caros que los plásticos de polietileno, entre 2 y 3 veces (Ahokas et al., 2014; Santos et al., 2014; Saglam et al., 2017), llegando a costar entre 0.29 €/m2 y 0.60 €/m2 (Haapala et al., 2014; Gao et al., 2018). Esto los hace entre un 25 % y un 188 % más caros que el plástico de polietileno (Marí et al., 2019). Al igual que para los plásticos de polietileno, los BDMs disponen de una gama de colores distintos que podrán aportar diferentes beneficios al cultivo (Haapala et al., 2014). Como principal diferencia, podemos destacar el menor calentamiento del suelo que proporcionan los BDMs respecto al plástico de polietileno, aunque por otra parte permiten la existencia una mayor comunidad microbiana beneficiosa para la planta y una mejor mineralización de los nutrientes del suelo (Moreno & Moreno, 2008). Los BDMs no son tan duraderos como los plásticos de polietileno, lo que hace que éstos últimos sean ampliamente más usado que los BDMs en la actualidad (Haapala et al., 2014; Gao et al., 2018). El comportamiento mecánico de los BDMs depende en gran medida de su composición química y de los aditivos, aunque, en general, este comportamiento es comparable, en términos de estrés, a los films convencionales de polietileno (Briassoulis, 2006). Actualmente se están empezando a estudiar los efectos negativos de los BDMs y como éstos pueden afectar, por ejemplo, a la comunidad microbiana del suelo (Bandopadhyay et al., 2018).
Por otra parte, tenemos el acolchado mediante el uso de papel (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015; Saglam et al., 2017; Marí et al., 2019). El acolchado de papel empezó a utilizarse en agricultura a principios de los años 1920 (Kasirajan & Ngouajio, 2012). Entre los diferentes beneficios encontramos el aumento de la temperatura del suelo, el control de las malas hierbas y la reducción así del uso de herbicidas químicos y de la competencia por los nutrientes del suelo, el aumento del rendimiento del cultivo (Smith, 1931), o la biodegradabilidad, que permite una reducción en la cantidad de residuos respecto acolchado plástico (Brault & Steward, 2002; Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Saglam et al., 2017; Marí et al., 2019). Además, los acolchados de papel son higroscópicos, es decir, poseen la capacidad de absorber humedad del medio (Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015). El contenido de agua del suelo estará altamente determinado por las precipitaciones y la irrigación, aunque también dependerá de la temperatura, la evaporación y la propia estructura del suelo. Gracias al comportamiento higroscópico del acolchado con papel, éste permitirá una mejor regulación y conservación de la humedad (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015).
Comparado con los acolchados plásticos o los BDMs, el acolchado con papel es menos elástico y resistente (Hapaala et al., 2014). El acolchado con papel no permite aumentar tanto la temperatura del suelo como el acolchado con plástico, aumentándola entre 0.2 ºC y 2.6 ºC a una profundidad de 10 cm (Ahokas et al., 2014). No obstante, proporciona una temperatura más uniforme que el acolchado plástico o los BDMs (Hapaala et al., 2014). La temperatura del suelo estará relacionada con la zona geográfica, por la cual cosa se recomienda el uso de acolchados con papel en cultivos de invierno o en zonas temperadas (Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015). En el control de malezas, el acolchado con papel presenta unos resultados similares al acolchado plástico y a los BDMs, incluso puede llegar a ser más efectivo que éstos en determinados casos (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014). Al igual que para los otros acolchados, el color jugará un papel crucial en el control de malezas. En los experimentos realizados por Hapaala et al. (2014) se comprobó que el papel negro presentaba un control completo de las malezas, siendo por tanto igual que el acolchado plástico negro. El control de las malas hierbas permitirá reducir la demanda de irrigación y mejorar
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) la eficiencia en el uso del agua (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2015). En cuanto al rendimiento del cultivo, el acolchado con papel puede aumentarlo obteniendo valores similares a los demás acolchados, aunque algo inferiores al acolchado con plástico negro (Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015). El rendimiento dependerá también de las condiciones meteorológicas y de la especie que se esté cultivando, a más del material utilizado en el acolchado (Hapaala et al., 2014). La calidad del cultivo también se ve favorecida por este tipo de acolchado (Ahokas et al., 2014; Hapaala et al., 2014). El acolchado con papel también puede jugar un papel importante en el control de plagas de insectos o enfermedades que afecten a la planta previniendo el movimiento directo de insectos desde el suelo a la planta (Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015). A la hora de implantarlo en el campo de cultivo, las técnicas utilizadas son similares a las utilizadas por los acolchados plásticos, tanto de polietileno como biodegradables, por lo que no necesita de maquinaria especial.
Sin embargo, no todo son beneficios. El acolchado con papel es considerablemente más caro que el plástico de polietileno o los BDMs, pudiendo costar entre 0.29 €/m2 y 1.06 €/m2 (Hapaala et al., 2014). Esto lo hace entre un 153 % y un 236 % más caros que los plásticos de polietileno (Marí et al., 2019). Además, el comportamiento higroscópico de éstos puede ser una ventaja, pero también una desventaja. El hecho de absorber humedad del medio conlleva que éste pueda expandirse y contraerse, lo que puede causar problemas en determinados casos al crear brechas que permitan el paso de malas hierbas, o bien afectando directamente a nuestra planta (Hapaala et al., 2014). Pero la desventaja principal es su relativamente corto periodo de vida útil, ya que, al ser biodegradables, son degradados rápidamente por los microorganismos del suelo (Brault & Steward, 2002; Hapaala et al., 2014; Hapaala et al., 2015). La velocidad de descomposición de este tipo de acolchado estará regulada por el contenido de lignina, siendo menor cuanto mayor sea el contenido de lignina (Ahokas et al., 2014).
El papel utilizado en este tipo de acolchado presenta una composición y una estructura muy diferente a la del acolchado plástico, que se basa en polímeros. En la mayoría de casos, el papel se obtiene con sistemas termomecánicos, mediante la compresión de fibras derivadas de la madera húmeda con un posterior secado, consiguiendo así que estas queden unidas entre sí por enlaces del tipo puente de hidrógeno. Estas fibras pueden medir entre 1.0 mm y 3.0 mm y tener un diámetro de entre 0.009 mm y 0.030 mm. Se componen principalmente de celulosa, que representa hasta un 45 %, teniendo así una composición muy similar a la de la madera (Haapala et al., 2014). Por otra parte, las pastas obtenidas de procesos químicos permiten eliminar una cantidad importante de lignina, quedando así un contenido de celulosa que puede valer un 80 %.
Con el objetivo de mejorar el rendimiento del acolchado con papel, diferentes materiales de recubrimiento han sido utilizados, siendo el más común el papel de estraza, también conocido como papel Kraft (Hapaala et al., 2014). Este papel se obtiene mediante el proceso Kraft (o pulpeo al sulfato), que es un proceso químico alcalino en donde se utiliza una solución acuosa de sulfuro de sodio (fórmula química: Na2S) e hidróxido de sodio (fórmula química: NaOH) que se mezcla con las fibras de madera con el fin de extraer la lignina y permitir así que se separen las fibras de celulosa. El proceso se lleva a cabo en digestores que trabajan a presiones elevadas, a temperaturas de 170 ºC y durante un periodo de tiempo de unas 2 horas aproximadamente. El proceso Kraft es el más utilizado en la actualidad debido a la excelente resistencia que presenta el producto obtenido y a la fácil recuperación de los componentes químicos utilizados (Deniz et al., 2017). Al final del proceso, la lignina remanente representa tan solo el 4-5 %. El resultado del proceso Kraft
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) es una pasta química (o pulpa) de celulosa (Chakar & Ragauskas, 2004; Mohit et al., 2014; Reis et al., 2014).
Una variante bastante novedosa de este tipo de acolchados con pasta de papel es el uso de una cubierta líquida, conocida como hydromulch. El hydromulching consiste en la aplicación líquida de pasta de papel sobre el suelo que solidifica posteriormente y sirve como acolchado. En esta técnica, el grosor jugará un papel muy importante, puesto que, a mayor grosor, mayor efecto herbicida tendrá el hydromulch. Entre las principales ventajas se encuentra su biodegradabilidad y su menor precio en comparación con el acolchado de papel (Cirujeda et al., 2004). Por otra parte, una desventaja es su reblandecimiento cuando la humedad del ambiente es muy elevada o en episodios de lluvia, haciendo más fácil que las malas hierbas puedan penetrarlo (Liburd et al., 1998). A la hora de aplicar este tipo de acolchado en el campo, las técnicas utilizadas difieren de las utilizadas para los demás acolchados. La técnica más común es la hidrosiembra (o hidromanta), en la cual, mediante equipos de bombeo, se aplica sobre el terreno una mezcla compuesta por agua, fertilizante, semillas y mulch con el objetivo de conseguir una siembra rápida y fácil (Faucette et al., 2006; Clemente et al., 2016; Parsakhoo et al., 2018), ya que sus condiciones facilitan la germinación de las semillas y el establecimiento de la planta, y evitan la erosión del suelo (Brofas & Varelides, 1999; Parsakhoo et al., 2018). Además de los componentes básicos, diferentes compuestos pueden añadirse con el fin de mejorar su eficacia, como por ejemplo hidroretenedores, que son sustancias que permiten aumentar la capacidad de retención de agua del suelo, ácidos húmicos y fúlvicos, que estimulan el crecimiento radicular, y estabilizadores, que permiten una mejor adherencia de la mezcla en el suelo otorgándole consistencia y permeabilidad (Clemente et al., 2016). La hidrosiembra puede resultar útil en cultivos perennes como los fruteros o las esparragueras.
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2. Objetivos
En este trabajo se pretende verificar la viabilidad de unos hydromulches hechos a base de distintos residuos vegetales como cascarilla de arroz, paja y residuo de champiñón, mezclados con pasta de papel reciclado, fibra Kraft de Pinus insignis y yeso comercial.
2.1 Objetivos específicos
Complementariamente, se persiguen los objetivos específicos siguientes:
Determinar las propiedades mecánicas de los diferentes hydromulches. Se llevarán a cabo una prueba de tracción y una prueba de punzado para las muestras estudiadas.
Determinar la durabilidad de los diferentes hydromulches. Se realizará una prueba de durabilidad con la finalidad de ver cómo las propiedades mecánicas de los hydromulches se ven afectadas. Se llevarán a cabo unas pruebas de tracción y punzado para estudiar las propiedades mecánicas de las muestras.
Determinar la funcionalidad del hydromulch con mejores prestaciones mecánicas en condiciones de laboratorio. Se estudiará su viabilidad en un ensayo de germinación donde será colocado en diferentes alveolos para ver su comportamiento frente a diferentes especies arvenses. Se analizará cómo el material afecta tanto a la germinación como a la emergencia y a la viabilidad de las malas hierbas.
Determinar la eficacia de un tratamiento de mejora del residuo orgánico con un tensoactivo comercial. Se realizarán pruebas de tracción y punzado y se calcularán la resistencia y la energía específica de tracción y punzado.
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3. Materiales y métodos 3.1 Materiales utilizados y elaboración de los hydromulches de 1ª y 2ª fase
Las placas de la 1ª fase fueron preparadas mediante la mezcla de cascarilla de arroz, paja o residuo de champiñón con yeso comercial, fibra Kraft y pasta de papel reciclado.
La cascarilla de arroz medía unos 8 mm de longitud por 2 mm de ancho y fue proporcionada por la empresa Arrocera del Pirineo, en Alcolea de Cinca. La paja medía entre 2,5 y 5 mm de longitud y provino de los campos experimentales del CITA (Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón). El residuo de champiñón provino de la empresa Sustratos de La Rioja S.L., en La Rioja. La Figura 2 muestra los materiales mencionados anteriormente. El yeso utilizado fue un yeso comercial de la empresa Yeso Díez Ibáñez. Éste contenía una concentración de sulfato de cal hemihidratado inferior al 50 %, tenía un tiempo de configuración inferior a 20 minutos y una fuerza característica de 2 MPa. El yeso utilizado respeta la normativa UNE-EN 13279-1:2009 y no es tóxico para su uso en el suelo. La fibra fue de Pinus insignis, ya que su celulosa es más resistente que la de otras especies vegetales. Esta fibra tenía un número kappa de 53 y un contenido en lignina de 7,8 %. Fue proporcionada por la empresa Smurfit Kappa Nervión S.A., en Vizcaya. La pasta de papel provino de la empresa papelera Saica, de El Burgo de Ebro, en Zaragoza. La pasta de papel fue el material base en la elaboración del hydromulch. Este tipo de pasta de papel se utiliza normalmente para la confección de papel y cartón.
Figura 2. Residuos orgánicos utilizados en la elaboración de los mulches de la 1ª fase. Respectivamente, paja, cascarilla de arroz y residuo de champiñón. Autor: Albert Vidal García.
Para fabricar el hydromulch de la 1ª fase, se añadió en primer lugar la pasta de papel y el material correspondiente (cascarilla de arroz, paja o residuo de champiñón), y se mezcló. Una vez estuvo bien homogeneizado, se añadió la fibra Kraft y se mezcló con ayuda del stirrer (Stirrer LH, Velp Scientifica). Finalmente, se añadió el yeso y se homogeneizó. Cuando se obtuvo una mezcla homogénea, se puso en el molde, de dimensiones 30x30 cm, una tela permeable para evitar posibles pérdidas de material cuando se realizase el vacío y se extendió uniformemente la mezcla de forma que no quedase ningún hueco que pudiera impedir un vacío adecuado. El funcionamiento del molde queda reflejado en la Figura 3.
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Figura 3. Funcionamiento del molde utilizado para extraer el agua de las placas. Fuente: Micó, 2018.
Retirada el agua, se sacó la placa del molde y se puso un papel de filtro en ambos lados de la misma. Finalmente, se colocó en la estufa (Selecta) durante 24 horas a 105 ºC. La dosificación utilizada para la elaboración de las distintas placas se encuentra recogida en la Tabla 3.1. Por cada residuo orgánico, se prepararon 5 placas, haciendo así un total de 15.
Tabla 3.1. Dosificación utilizada para las placas de la 1ª fase. Fuente: Micó, 2018.
Pasta de Yeso Fibra Kraft Cascarilla de Paja Residuo de Placa papel (L) (g) (g) arroz (g) (g) champiñón (g) 1 1 40 12,53 75 0 0
2 1 30 12,53 0 50 0 3 1 20 12,53 0 0 100
Para los hydromulches de la 2ª fase se siguió el mismo proceso de fabricación que el descrito anteriormente. La mejora del hydromulch se basó en la limpieza del material con un tensoactivo, en nuestro caso jabón comercial, para permitir la eliminación de las ceras de las fibras y aumentar la adherencia del yeso a nuestros materiales. Una vez lavado el material, se metió en la estufa (Hareus) durante 24 horas a 60 ºC. Para la preparación de las placas mejoradas se utilizó la dosificación de la Tabla 3.2. Para preparar la fibra, se cortaron y pesaron 75 g de fibra y se mezclaron con agua con la ayuda de un stirrer (Stirrer LH, Velp Scientifica) durante 10 minutos. Los materiales utilizados para los hydromulches de la 2ª fase pueden verse en el Anexo B, figura 9:
Tabla 3.2. Dosificación para la preparación de las distintas placas de la 2ª fase. Pasta de papel Yeso Fibra Kraft Paja Cascarilla de arroz Placa (g) (g) (g) (g) (g) 1 1000 60 12,5 50 0
2 1000 60 12,5 0 60 3 1000 60 12,5 25 30
El hydromulch utilizado en el ensayo de germinación fue fabricado del mismo modo que los dos casos anteriores. Sin embargo, únicamente se utilizó paja como residuo orgánico. Se utilizó la dosificación recogida en la Tabla 3.3. El hydromulch fue puesto en los distintos alveolos con la ayuda de un vaso de precipitados de 100 mL. Tabla 3.3. Dosificación utilizada para la elaboración de una tanda de hydromulch.
Pasta de papel (L) Yeso (g) Fibra Kraft (g) Paja (g) 1 60 12,5 50
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3.2 Estudio de las propiedades mecánicas de los hydromulches de 1ª y 2ª fase
El experimento contó con dos pruebas principales: la prueba de tracción y la prueba de punzado. Cada prueba se dividió en tres factores de variación: tipo de material, tipo de tratamiento, e interacción material-tratamiento (MxT). El factor “material” se dividió en tres niveles: “cascarilla de arroz”, “paja” y “residuo de champiñón”. El factor “tratamiento” se dividió en los niveles “envejecido” y “no envejecido”. El factor “interacción MxT” se dividió en seis niveles. Cada nivel del factor “material” se compuso por cinco placas. De éstas, dos placas fueron usadas para el nivel “envejecido”, dos placas para el nivel “no envejecido” y la última se reservó. De cada dos placas se recortaron una veintena de rectángulos, estrechados levemente en el centro, y una veintena de círculos, que se usaron para las pruebas de tracción y punzado respectivamente (Figura 4 y Anexo B, figuras B.1, B.2 y B.3).
Las pruebas mecánicas se realizaron con el texturómetro Texture Analyser TA.XT.Plus (Stable Micro Systems), usando las sondas A/TG-R y P/6 para las pruebas de tracción y punzado respectivamente. Los datos fueros recogidos por el programa informático del texturómetro, Exponent.
Figura 4. Formas y medidas, en milímetros, de las piezas utilizadas para las pruebas de tracción y punzado respectivamente. Fuente: Martí Micó Vallvé. Para las placas rectangulares, se midieron en la sección de rotura las cuatro aristas con la ayuda de un pie de rey electrónico (Powerfix Profi). Para los círculos, se partió manualmente la placa en dos por el punto de ruptura y se midió el grueso de la pieza en tres lugares aleatorios. Las áreas fueron calculadas siguiendo las fórmulas 1 y 2, donde Llargo y Lcorto son los valores medios de los lados largo y corto respectivamente, Фs es el diámetro de la sonda, igual a 7,86 mm, y Gm es el grueso medio de la pieza.
Arectángulos = Llargo · Lcorto (1)
Фs Acírculos = 2 · ∏ · · Gm (2) 2
Se calcularon los parámetros tensión (σ, en MPa) y energía (e, en J). La tensión del tratamiento se calculó dividiendo la fuerza de la sonda por el área de la sección tangencial, mientras que la energía se obtuvo calculando el área bajo la curva. Se calculó a continuación la energía específica (Eesp, en J/m2 o kJ/m2) dividiendo el sumatorio de energías hasta el valor máximo de tensión por el área de 2 la sección, en m . Se calcularon las medias de σmax y Eesp para cada muestra, tratamiento y prueba. Para el análisis estadístico, el conjunto de datos fue estudiado por el paquete informático SAS® Basic Edition versión 3.6 (2017) (https://www.sas.com/en_us/home.html). Se utilizó el procedimiento GLM (General Linear Models) del paquete estadístico SAS University Edition. Se
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realizaron dos tipos de análisis: una ANOVA (análisis de la variancia) de los factores estudiados y una separación de medias de los distintos niveles mediante el test de Tukey.
A partir de los resultados obtenidos, se decidió llevar a cabo el ensayo de germinación con hydromulch fabricado a partir de paja. Del mismo modo, se decidió llevar a cabo una mejora del material utilizando cascarilla de arroz y paja.
Las pruebas mecánicas y el estudio de las propiedades mecánicas de los hydromulches de la 2ª fase
se llevaron a cabo igual que para la 1ª fase. Los resultados obtenidos de σmax i Eesp fueron comparados con los obtenidos en la 1ª fase. En la 2ª fase, en cambio, no se realizó un análisis estadístico.
3.3 Pruebas de durabilidad y estudio de las propiedades mecánicas de los hydromulches
Parte de las placas fabricadas fueron envejecidas en una cámara de envejecimiento de la marca CCI, concretamente 2 placas por cada residuo orgánico.
La prueba de durabilidad consistió en 12 ciclos de precipitación y secado de 6 horas cada uno. Durante cada ciclo tenían lugar 5 minutos donde se simulaba una lluvia constante regando las muestras con 24 mm de agua, 55 minutos donde se subía la temperatura a 60 ºC y se regulaba la humedad al 20 %, y 5 horas de secado en las condiciones de temperatura y humedad anteriormente mencionadas. El total de los 12 ciclos equivalían a 288 mm de agua.
Las propiedades mecánicas de las placas sometidas a envejecimiento fueron estudiadas siguiendo el mismo método que el mencionado para las placas de la 1ª fase.
3.4 Estudio de la viabilidad del hydromulch en la germinación y emergencia de malas hierbas
3.4.1 Ensayo de germinación con hydromulch y viabilidad de las semillas
En la Tabla 3.4 se pueden ver las fechas de recolección y el lugar de procedencia de cada tipo de propágulo vegetal utilizado en el ensayo de germinación. En el Anexo A se puede encontrar información básica de cada especie. Tabla 3.4. Fecha de recolección y procedencia de las especies vegetales utilizadas. Fuente: M. Teresa Mas. Especie vegetal Fecha de recolección Lugar de procedencia Imágenes
Amaranthus retroflexus 21/10/2014 Torre Marimon, Caldes de Montbui, Barcelona Anexo B, figura B.4 Digitaria sanguinalis 20/11/2015 Torre Marimon, Caldes de Montbui, Barcelona Anexo B, figura B.5 Lactua serriola 07/07/2016 Torre Marimon, Caldes de Montbui, Barcelona Anexo B, figura B.4 Sonchus oleraceus 16/03/2017 Campos ESAB, Castelldefels, Barcelona Anexo B, figura B.5 Torilis arvensis 06/11/2018 Torre Marimon, Caldes de Montbui, Barcelona Anexo B, figura B.6 Xanthium strumarium 2016 a Torre Marimon, Caldes de Montbui, Barcelona Anexo B, figura B.6 a No se disponía del ni día ni del mes de recolección.
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La selección de las especies se hizo en base a la temperatura de germinación, ya que en la cámara de incubación se llevarían a cabo experimentos con los propágulos de todas las especies simultáneamente. Al compartir la misma cámara de incubación, se procuró que los propágulos tuvieran los mismos rangos de temperaturas para así obtener la mayor germinación posible. Para A. retroflexus, D. sanguinalis, L. serriola, S. oleraceus y T. arvensis se prepararon 15 sobres donde cada sobre contenía 50 semillas, haciendo así un total de 750 semillas por especie. Para X. strumarium se utilizó directamente la unidad de dispersión, que contiene 2 semillas. Se pusieron 2 unidades de dispersión por alveolo, haciendo un total de 30 frutos, equivalentes a 60 semillas. Se decidió actuar de diferente forma para esta especie vegetal debido al tamaño de sus semillas en comparación con las de las demás especies utilizadas, puesto que las semillas son considerablemente más grandes y resultaría inviable añadir 15 semillas por alveolo como en el resto de casos. Las semillas se miraron una a una con una lupa binocular, con aumentos desde x7 hasta x70, con el fin de detectar posibles lesiones. Se envolvieron en un sobre de papel y se guardaron a temperatura ambiente.
El substrato utilizado en los alveolos fue preparado mediante la mezcla de 700 mL de Composana, un substrato comercial, 1400 mL de vermiculita, una arcilla expandida absorbente de humedad utilizada como elemento filtrante, y 400 mL de agua destilada. En los alveolos, se colocó un papel de filtro en la parte inferior. Se introdujo el substrato humidificado hasta la mitad de la altura del alveolo. Se colocó un papel de filtro agujereado encima del substrato y se humedeció. Este papel debía servir para recuperar las semillas una vez finalizado el experimento.
El experimento tuvo una fuente de variación: el hydromulch. Esta fuente se dividió en tres niveles: “no hydromulch” (o control), “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”. De cada nivel se realizaron 5 réplicas por especie. Las réplicas sirvieron para aportar mayor robustez a los resultados, aunque aportaron un nivel de error al estudio. Éstas pueden considerarse bloques, puesto que se tuvieron en cuenta los diferentes gradientes de humedad y temperatura que presentaba la cámara de incubación. Ésta presentaba, en altura, un gradiente de humedad, siendo más húmedo en la parte inferior y más seco en la parte superior de la cámara. En profundidad, presentaba un gradiente de temperatura, siendo mayor la temperatura cuanto más cerca de la puerta. Esto se debía a la luz, ya que los leds estaban colocados en la puerta de la cámara. Al colocar los alveolos de forma aleatoria, se reducía considerablemente el efecto que podían tener estos gradientes en la germinación y emergencia de las semillas.
Para las muestras correspondientes al nivel control, se llenaron los alveolos con vermiculita seca hasta llenar el total del volumen del mismo; en cambio, para los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”, se taparon levemente las semillas añadiendo 0,5 cm de vermiculita seca y se puso el hydromulch, cuyo grueso dependió del nivel. Para el nivel del factor “hydromulch fino”, se utilizaron aproximadamente unos 50 mL de material, mientras que para el nivel del factor “hydromulch grueso” se utilizaron 100 mL. Se aplanó con una espátula de forma que quedase bien distribuido, sin grietas y bien pegado a los bordes del alveolo. En el nivel del factor “hydromulch fino”, se utilizó 1 L de hydromulch para 20 alveolos, mientras que para el nivel del factor “hydromulch grueso” se utilizó 1 L para 10 alveolos. En la Figura 5 se puede apreciar de una forma visual la distribución anterior. Los alveolos control fueron regados a capacidad de campo.
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Vermiculita seca, en el caso del tratamiento control Hydromulch, en el caso de los dos otros tratamientos
Vermiculita Semillas (50 por cada alveolo) Papel de filtro agujereado
Substrato: Vermiculita + Substrato comercial (Composana) + Agua
Papel de filtro
Figura 5. Visión transversal de un alveolo utilizado en el experimento.
Se obtuvieron una totalidad de 105 alveolos. De éstos, 60 se utilizaron para A. retroflexus, D. sanguinalis, L. serriola y S. oleraceus, donde cada grupo de 4 alveolos contenía semillas de las 4 especies. El resto de alveolos fueron para X. strumarium y T. arvensis, donde se prepararon 30 y 15 alveolos respectivamente. Se colocaron los alveolos de forma aleatoria dentro de cada repetición en distintas bandejas y se introdujeron en la cámara de incubación (Radiber S.A.).
Las condiciones de incubación de la cámara fueron de 25 ºC y un 60 % de humedad, con un fotoperiodo 12L:12D, donde L es light y D es darkness. El ensayo de germinación se alargó durante 30 días. En la Figura 6 se pueden apreciar los alveolos del nivel control.
Figura 6. Alveolos utilizados en el ensayo de germinación correspondientes al nivel control. Autor: Albert Vidal García.
En el ensayo se buscó el efecto del material en la germinación y emergencia de las diferentes semillas, así como su efecto en la viabilidad de las mismas. En caso de no tener emergencia, se estudió si las semillas habían germinado y muerto o no lo habían hecho. En caso de no tener germinación, se miró si las semillas eran viables o no.
Durante el ensayo se llevaron a cabo diferentes recuentos de semillas, riegos y controles de las condiciones de humedad de la cámara. Para el recuento de semillas se anotó la especie, el tratamiento, la réplica y el número de plantas que habían emergido. Los alveolos fueron regados a capacidad de campo durante el ensayo.
Para los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”, se utilizó una espátula para separar el material de las paredes del alveolo una vez finalizado el ensayo. El papel de filtro quedó en la parte
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) inferior del mulch (Figura 7.A), de tal forma que con la ayuda de pinzas se fue despegando el papel y colocándolo en una placa de Petri (Anexo B, Figura 11.B). Una vez retirada la gran parte del papel, se observó la parte inferior del mulch con la ayuda de una lupa binocular, con aumentos desde x7 hasta x70, para ver si todas las semillas habían caído en la placa de Petri (Anexo B, Figura 12). En algunas ocasiones se pudo observar como hubo semillas que sí habían germinado, pero no habían emergido (Figura 7.B). Estas plántulas también se transfirieron a las placas de Petri. Para el nivel control, se decidió vaciar todo el contenido de los alveolos en una placa de Petri (Anexo B, Figura 11.A) para intentar recuperar todas las semillas que no hubiesen emergido durante el ensayo. Se decidió eliminar del experimento a X. strumarium debido al porcentaje de germinación obtenido.
Figura 7. (A) Papel de filtro enganchado en la superficie inferior del mulch; (B) Semilla de A. retroflexus germinada pero no emergida. Autor: Albert Vidal García.
Se humedecieron las muestras con un volumen de agua destilada proporcional al contenido de muestra de cada placa de Petri. Se rotularon las placas con el nombre de la especie, el tratamiento, la repetición, la fecha y la hora. Las placas fueron nuevamente introducidas en la cámara de incubación. El control de humedad de la cámara fue desactivado. Las muestras se mantuvieron en la cámara de incubación durante una semana, haciendo un riego a los 4 días.
Pasados los 7 días, se contaron aquellas semillas que habían germinado. Por cada placa de los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”, se buscaron las semillas restantes que no habían germinado y se transfirieron a una placa de Petri nueva humedecida con agua destilada. La viabilidad de las semillas se estudió con el test del tetrazolio (cloruro de 2,3,5-trifeniltetrazolio; fórmula química: C19H15ClN4), a una concentración del 1 %. De las semillas recuperadas, se observó con una lupa binocular aquellas que estaban vacías y se separaron. Las semillas que tenían embrión fueron abiertas para permitir la entrada del reactivo. Las placas fueron envueltas en papel de plata y guardadas en la cámara de incubación durante 24 horas. Tanto el control de humedad como el de temperatura fueron desactivados.
Los análisis estadísticos pertinentes se llevaron a cabo con el paquete informático SAS® Basic Edition versión 3.6 (2017) (https://www.sas.com/en_us/home.html). Se utilizó el procedimiento GLM (General Linear Models) del paquete estadístico SAS University Edition. Se realizó una ANOVA y una separación de medias con el test de Tukey de los distintos niveles. Para ello se calcularon las proporciones en tanto por uno de semillas no germinadas viables, semillas no germinadas no
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) viables y semillas germinadas no emergidas. Las semillas germinadas no emergidas se estimaron por diferencias, ya que no fue posible distinguir si las semillas vacías provinieron de plántulas emergidas ya retiradas o de semillas germinadas no emergidas. Para poder trabajar correctamente, se hizo una transformación de las proporciones con la función arcsin(x), donde x es la proporción, ya sea de semillas viables como de semillas germinadas.
3.4.2 Ensayo de germinación en condiciones óptimas y viabilidad de las semillas
Un ensayo de germinación en placas de Petri de cristal fue llevado a cabo siguiendo el mismo patrón que el anteriormente mencionado: 5 especies donde cada especie contaba con 5 repeticiones de 50 semillas cada una. Este ensayo no contó con hydromulch. Únicamente se colocaron las semillas en un papel de filtro y se cubrieron con una capa de vermiculita. Las condiciones de incubación de la cámara fueron de 25 ºC y un fotoperiodo 12L:12D. No hubo control de humedad. El ensayo se alargó durante un periodo de 30 días. No se estudió la viabilidad de las semillas.
Un último ensayo fue llevado a cabo en placas de Petri de plástico y en alveolos. En las placas de Petri, las semillas se colocaron en un papel de filtro y no fueron cubiertas con vermiculita. Las semillas fueron regadas con agua destilada y las placas selladas con parafilm (American National Can). En alveolos, se puso un papel de filtro en la parte inferior, se rellenó el alveolo hasta la mitad de su altura con vermiculita, se colocó otro papel de filtro, esta vez agujereado, y se distribuyeron las semillas. Se cubrieron con una fina capa de vermiculita. Se regaron a capacidad de campo con agua destilada y se introdujeron, junto con las placas de Petri, en la cámara de incubación. Las condiciones de incubación fueron de 25 ºC, 40 % de humedad y un fotoperiodo 12L:12D. La viabilidad de las semillas de las placas de Petri se estudió con el test del tetrazolio (cloruro de 2,3,5- trifeniltetrazolio; fórmula química: C19H15ClN4), a una concentración del 1 %. Se observó con una lupa binocular aquellas que estaban vacías y se separaron. Las semillas que tenían embrión fueron abiertas para permitir la entrada del reactivo. Las placas fueron envueltas en papel de plata y guardadas en la cámara de incubación durante 24 horas.
El análisis estadístico se realizó con el paquete informático SAS® Basic Edition versión 3.6 (2017) (https://www.sas.com/en_us/home.html). Se utilizó el procedimiento GLM (General Linear Models) del paquete estadístico SAS University Edition. Por una parte, se estudió la viabilidad de las semillas en los niveles con hydromulch y en el nivel control. En los ensayos con hydromulch se perdieron semillas como consecuencia de la desintegración del papel de filtro. Por tanto, se buscó la proporción de semillas viables que había respecto las que se encontraron haciendo el cociente entre la suma de semillas viables germinadas durante el periodo de 7 días en cámara y las semillas viables en el test del tetrazolio, partido por la suma de las dos anteriores y las semillas no viables en el test del tetrazolio. Se hizo a continuación la transformada de ésta mediante la función arcsin(x), donde x es la proporción de semillas viables. Se realizó un análisis de la variancia de un solo factor y una separación de medias para comparar entre sí las tres situaciones estudiadas. Además, se hizo una separación de medias entre los niveles con hydromulch para ver posibles diferencias significativas en el grosor del material. Por otra parte, se estudió la pérdida de viabilidad que había provocado la vermiculita, calculando las proporciones de semillas germinadas en los niveles con hydromulch, la proporción de semillas germinadas en alveolos en el tercer ensayo, y la
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) proporción de semillas germinadas en placa de Petri de plástico. Se realizó nuevamente la transformada, una ANOVA y una separación de medias con el test de Tukey.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
4. Resultados y discusión
Propiedades mecánicas en el control de malas hierbas
Idealmente, las plántulas crecen verticalmente hacia arriba. Según estudios llevados a cabo, el 55 % de las plantas que crecen bajo una cubierta de acolchado emergen rompiendo la capa de éste, pero el 39 % de las plántulas emergen a partir de una brecha en la cubierta (Aubertot et al., 2002). La emergencia de una mala hierba a través del hydromulch generará una fuerza de punzado, mientras que su crecimiento, su expansión, en todo caso generará una fuerza de tracción. Para evitar la emergencia de estas malas hierbas es interesante una elevada resistencia al punzado por parte de nuestro material. En nuestro caso, el material fabricado a partir de paja es el que aporta mayor resistencia al punzado y dificultará más la emergencia de las malas hierbas. De la misma forma, es interesante que el material también tenga una elevada energía específica, ya que ésta está relacionada con el trabajo necesario para romper el material. De nada servirá un material con una gran resistencia al punzado pero una muy baja energía específica o viceversa, ya que la mala hierba no necesitará ejercer mucho trabajo para romper el hydromulch. La paja es, en nuestro caso, el material que mayor energía aporta. La gran resistencia y energía aportadas por la paja se traduce en un gran trabajo que debe realizar la plántula para poder emerger. Como no todas tendrán suficiente fuerza, el material permite reducir la emergencia de éstas plántulas. Una vez la planta haya emergido nos interesara que no se expanda, que no crezca a lo ancho. El crecimiento en anchura genera una fuerza de tracción en el hydromulch. Cuando la planta crece provoca que aparezcan grietas en el material. Estas grietas, si son grandes, permitirán la entrada de luz hacia el suelo, favoreciendo así la germinación de todas aquellas semillas de malas hierbas que se encuentran en estado latente y sensibles a estímulos lumínicos, e incluso la germinación de otras especies vegetales que no sean malas hierbas. Interesa pues que el material utilizado aporte una elevada resistencia a la tracción para evitar la formación de grietas. La paja vuelve a ser, en nuestro caso, el material que mayor resistencia otorga a la tracción. A mayor resistencia a tracción y mayor energía específica, mayor será el trabajo que deba realizar la planta para poder romper el material y crecer así en anchura. Al ser necesaria un elevado trabajo, no todas las especies podrán crecer satisfactoriamente y se reducirá así la expansión de la planta que haya atravesado el material y la germinación de otras semillas de la misma o de distinta especie, reduciendo en consecuencia el banco de semillas del suelo. El material hecho a base de paja resulta el más conveniente, según nuestros resultados, para el control de malas hierbas gracias a las propiedades mecánicas que aporta.
Si el material se compara con el acolchado plástico, observamos que los resultados obtenidos quedan lejos de los necesarios para igualar al polietileno. El plástico de polietileno puede soportar una tensión media de punzado de 3.87 MPa (Hosseinabadi et al., 2011). El mejor hydromulch obtenido en este estudio ha logrado una tensión media de punzado máxima de 2.47 MPa. Otros experimentos en los que se ha utilizado cal en lugar de yeso han logrado una resistencia media a la tensión de 2.43 MPa para hydromulches hechos a base de paja (Micó, 2018).
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Análisis estadístico del comportamiento mecánico de los hydromulches de la 1ª fase
En la prueba de punzado, los tres factores de variación han mostrado ser significativos en un nivel de confianza del 95 % (α = 0.05) (Tablas 4.1.A y 4.1.B), tanto para tensión como para energía.
En el factor de variación “material”, no hubo diferencias significativas entre la paja y la cascarilla de arroz ni entre esta última y el residuo de champiñón en cuanto a tensión. Sí hubo diferencias significativas entre la paja y el residuo de champiñón (Tabla 4.2). A nivel de energía en cambio, tuvimos diferencias significativas entre la paja y el residuo de champiñón y entre la cascarilla de arroz y el residuo de champiñón. No las hubo entre la paja y la cascarilla de arroz. Tabla 4.1. Significación de los tres factores de variación estudiados a nivel de A- tensión (superior) y B- energía específica (inferior) para la prueba de punzado. GL: Grados de libertad. Factor GL Tipo I SS Media de cuadrados Valor F Pr > F Material 2 3.52258407 1.76129204 3.75 0.0264 Tratamiento 1 10.02949372 10.02949372 21.33 <.0001 Interacción MxT 2 4.80665376 2.40332688 5.11 0.0074
Factor GL Tipo I SS Media de cuadrados Valor F Pr > F Material 2 78186067.72 39093033.86 14.70 <.0001 Tratamiento 1 68193232.60 68193232.60 25.63 <.0001 Interacción MxT 2 18403552.14 9201776.07 3.46 0.0346
Tabla 4.2. Comparación de medias de tensión y energía para el nivel de factor “material” en la prueba de punzado. Medias con la misma letra no son significativamente diferentes. N: Número de muestras.
Tukey Media N Tukey Media N
El factor de variación “tratamiento” fue claramente significativo, habiendo diferencias claras entre los materiales no envejecidos y los materiales sí envejecidos tanto a nivel de tensión como a nivel de energía.
El factor “interacción MxT” refleja como la paja fue el material que mejores propiedades presentaba antes de ser envejecido, teniendo una resistencia media al punzado de 2.47 MPa y una energía específica media de 5731.35 kJ/m2. La cascarilla de arroz presentaba unos valores similares antes de ser envejecida, aunque algo inferiores, valiendo la resistencia media 2.02 MPa y la energía específica media 4838.53 kJ/m2. Se diferenció claramente el residuo de champiñón, cuyas propiedades mecánicas son bajas antes del envejecimiento, con una resistencia media de 1.58 MPa y una energía específica media de 3296.45 kJ/m2. La paja fue el material que más sufrió el
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) envejecimiento, obteniendo propiedades inferiores a las de la cascarilla de arroz envejecida. A pesar de sufrir más el envejecimiento, la paja siguió teniendo mejores propiedades una vez envejecida que el residuo de champiñón no envejecido (Figura 8). El envejecimiento de los materiales empeoró las propiedades mecánicas de éstos en todos los casos. El hecho que el envejecimiento afectase de diferente manera a los materiales mostró la interacción que existe entre ellos, ya que, de lo contrario, el envejecimiento afectaría a todos los materiales por igual.
Al comparar dos a dos los niveles del factor “interacción MxT”, se observa, para tensión, que hubo diferencias significativas entre paja NE y paja SE y entre paja NE y champiñón SE, donde NE es “no envejecida” y SE es “sí envejecida”, mientras que para el resto de cruces no se apreciaron diferencias significativas (Tabla 4.3.A). Para energía, se observaron diferencias significativas entre paja NE y cascarilla de arroz SE, entre paja NE y champiñón NE y entre paja NE y champiñón SE, mientras que el resto de cruzamientos pudieron considerarse similares entre sí, ya que no había diferencias relevantes entre ellos (Tabla 4.3.B).
Tabla 4.3. Comparación dos a dos de las medias de los niveles del factor “interacción MxT” y significación de la comparación a nivel de A- tensión y B- energía respectivamente en la prueba de punzado. 1: cascarilla de arroz NE, 2: cascarilla de arroz SE, 3: paja NE, 4: paja SE, 5: residuo de champiñón NE, 6: residuo de champiñón SE, NE: No
Envejecido, SE: Sí Envejecido.
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Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Paja NE Paja SE Paja NE Paja SE
3,5 8000
) 2 3 7000
2,5 6000 5000 2 4000 1,5 3000 1 2000
Resistencia Resistencia punzado de (MPa) 0,5 1000 Energía específica Energía específica punzado de (kJ/m 0 0
Figura 8. Resistencia y energía específica de punzado para los distintos residuos orgánicos en función del tratamiento.
Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. NE: No Envejecido, SE: Sí Envejecido En la prueba de tracción, los tres factores de variación estudiados mostraron ser también significativos en un nivel de confianza del 95 % (α = 0.05), principalmente el factor “tratamiento”, tanto a nivel de energía como de tensión (Tablas 4.4.A y 4.4.B).
Tabla 4.4. Significación de los tres factores de variación estudiados a nivel de A- tensión (superior) y B- energía
específica (inferior) para la prueba de tracción. GL: Grados de libertad.
Los tres niveles del factor de variación “material” fueron significativamente diferentes los unos de los otros a nivel de tensión. La paja mostró ser el material más conveniente en cuanto a tensión de tracción, diferenciándose claramente de los dos otros materiales. La cascarilla de arroz fue el material que peor resultado proporcionó (Tabla 4.5.A). A nivel de energía no hubo diferencias significativas entre residuo de champiñón y cascarilla de arroz, pero sí las hubo entre paja y residuo de champiñón y entre paja y cascarilla de arroz (Tabla 4.5.B).
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Tabla 4.5. Comparación de medias de A- tensión y B- energía para el nivel de factor “material” en la prueba de tracción. Medias con la misma letra no son significativamente diferentes. N: Número de muestras.
Tukey Media N Tukey Media N
El factor “tratamiento” mostró diferencias significativas entre sus niveles en cuanto a tensión, igual que en la prueba de punzado. Las diferencias entre las propiedades mecánicas de los materiales envejecidos y los no envejecidos fueron significativas. Contrariamente, no hubo diferencias significativas a nivel de energía entre los materiales envejecidos y los no envejecidos. El envejecimiento no jugó ningún papel significativo en la energía específica de los materiales.
El nivel “interacción MxT” muestra de manera clara como la paja destacó por encima de los demás materiales a nivel de tensión, teniendo una tensión media de 0.18 MPa frente a los 0.04 MPa de la cascarilla de arroz y los 0.08 MPa del residuo de champiñón. Tras el envejecimiento, la paja presentó una tensión media de 0.12 MPa, mientras que la cascarilla de arroz y el residuo de champiñón presentaron tensiones medias de 0.05 MPa y 0.07 MPa respectivamente. El residuo de champiñón no se vio prácticamente afectado por el envejecimiento. A nivel de energía, la paja siguió siendo el material que destacaba por encima de los demás, con una energía específica media de 119.03 kJ/m2, aunque tras su envejecimiento presentó unos valores comparables a los de la cascarilla de arroz, teniendo una energía específica media de 66.23 kJ/m2 contra los 62.90 kJ/m2 de la cascarilla de arroz. A pesar de reducir su energía como consecuencia del envejecimiento, la paja mantuvo unos niveles superiores que el residuo de champiñón (Figura 9). En este caso, existió una interacción aún más clara que en la prueba de punzado. El envejecimiento perjudicó a la paja y al residuo de champiñón, pero la cascarilla de arroz, en cambio, se vio favorecida por éste, sobre todo en cuanto a energía. Se vio claramente que el envejecimiento no afectó a todos los materiales por igual.
Al estudiar los niveles del factor “interacción MxT” dos a dos, se vieron diferencias significativas a nivel de tensión entre cascarilla de arroz NE y paja NE, cascarilla de arroz NE y paja SE, cascarilla de arroz SE y paja NE, cascarilla de arroz SE y paja SE, paja NE y paja SE, paja NE y residuo de champiñón NE y entre paja NE y residuo de champiñón SE (Tabla 4.6.A). A nivel de energía, se apreciaron diferencias significativas entre cascarilla de arroz NE y paja NE, cascarilla de arroz SE y paja SE, paja NE y paja SE, paja NE y residuo de champiñón NE y entre paja NE y residuo de champiñón SE (Tabla 4.6.B). A diferencia de en la prueba de punzado, en esta prueba existieron más diferencias significativas entre las distintas interacciones MxT.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Tabla 4.6. Comparación dos a dos de las medias de los niveles del factor “interacción MxT” y significación de la comparación a nivel de A- tensión y B- energía respectivamente en la prueba de tracción. 1: cascarilla de arroz NE, 2: cascarilla de arroz SE, 3: paja NE, 4: paja SE, 5: residuo de champiñón NE, 6: residuo de champiñón SE, NE: No Envejecido, SE: Sí Envejecido.
En la prueba de tracción se obtuvo un mayor número de interacciones significativas, tanto en tensión como en energía. Al tener mayor número de interacciones significativas, podemos afirmar que la prueba de tracción ha sido más crítica que la de punzado, pues ha tenido un efecto más importante en las muestras, provocado así mayores diferencias entre ellas.
Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Paja NE Paja SE Paja NE Paja SE
0,25 180
) 2 160 0,2 140 120 0,15 100 80 0,1 60
0,05 40
Resistencia Resistencia tracción de (MPa) 20 Energía específica Energía específica tracción de (kJ/m 0 0
Figura 9. Resistencia y energía específica de tracción para los distintos residuos orgánicos en función del tratamiento. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. NE: No Envejecido, SE: Sí Envejecido
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Comparación de los hydromulches de la 1ª y 2ª fase
Al estudiar las propiedades mecánicas de los materiales mejorados, los de la 2ª fase, se obtuvieron unas curvas medias como las presentes en la Figura 10. 3 Cascarilla de arroz 2,5 Paja 2 Cascarilla x Paja 1,5 1
Tensión de punzado (MPa) de punzado Tensión 0,5
0 0 5 10 15 20 Desplazamiento (mm)
0,12 Cascarilla de arroz
0,1 Paja 0,08 Cascarilla x Paja 0,06
0,04 Tensión de tracción (MPa) de tracción Tensión 0,02 0 0 1 2 3 4 Desplzamiento (mm) Figura 10. Evolución de la tensión de punzado y de la tensión de tracción de las placas de la 2ª fase en función del desplazamiento.
En la prueba de punzado se ve como el material hecho a base de cascarilla de arroz destacó por encima de los demás. En la prueba de tracción, en cambio, el material hecho a partir de paja presentó unos resultados superiores a los demás. El material obtenido de la combinación de cascarilla de arroz y paja obtuvo unos resultados bajos en la prueba de tracción.
Al comparar los materiales obtenidos en la 1ª y en la 2ª fase, podemos observar que no hubo una clara mejoría de las propiedades mecánicas de interés, en promedio. La paja presentó resultados considerablemente inferiores tras haber sido mejorada, tanto a nivel de resistencia a tracción (0.11 MPa) y punzado (1.62 MPa), como a nivel de energía específica (51.24 kJ/m2 para tracción y 3616.63 kJ/m2 para punzado), provocando así que el material final fuese deficiente con la mejora. La cascarilla de arroz, en cambio, se vio ligeramente favorecida tras la mejora en todos los aspectos de interés a excepción de la energía de punzado, que disminuyó (Tabla 4.7). La mejora, sin embargo, no pudo considerarse exitosa, ya que los valores obtenidos por la cascarilla de arroz tras la mejora fueron inferiores a los obtenidos por la paja de la 1ª fase, que fueron finalmente los mejores resultados obtenidos en el experimento. El material resultante de la mezcla de cascarilla de arroz y
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) paja mostró un comportamiento intermedio entre ambas en la prueba de punzado, tal y como se esperaba. Sin embargo, en la prueba de tracción, los resultados fueron inferiores a la cascarilla de arroz y a la paja. La cantidad de cascarilla de arroz presente en el material mezcla fue inferior a la cantidad presente en el material hecho únicamente a base de cascarilla de arroz. Además, la paja empeoró sus propiedades mecánicas tras la mejora. La suma de estos dos factores ocasionó que el material mezcla fuese el más deficiente de los tres estudiados en este aspecto. Una explicación a los resultados obtenidos en la mejora del material es un mal enjuagado del material, provocando así la presencia de tensoactivo en el material que perjudicase la adherencia de éste con el yeso o, por el contrario, el incremento de hidrofilia de las fibras de forma que absorbieran un exceso de agua, modificando así las reacciones de hidratación que se dan entre el material fibroso y el yeso. De la misma forma, el yeso pudo haber sido otra causa de los resultados obtenidos. Diferentes experimentos han sido realizados en donde se mezclaba cemento con material mejorado de la misma forma que el nuestro, con resultados satisfactorios (Claramunt et al., 2004).
Tabla 4.7. Valores medios de tensión y energía para los diferentes materiales en función de la prueba realizada. La desviación típica se indica entre paréntesis.
Tensión (MPa) Energía (kJ/m2) Material Media Media Media Media Punzado Tracción Punzado Tracción Cascarilla de 2,1781 0,0659 4498,2911 37,1865 arroz (0,901) (0,042) (1787,437) (20,168) 1,6170 0,1061 3616,6337 51,2377 Paja (0,546) (0,030) (1409,423) (16,517) Cascarilla de 1,8935 0,0576 5089,7311 33,9781 arroz x Paja (0,807) (0,022) (2418,319) (15,737)
Cuando establecemos una relación entre las pruebas de tracción y punzado para las distintas muestras estudiadas, observamos los resultados recogidos en las Figuras 11.A y 11.B para tracción y punzado respectivamente.
Para la cascarilla de arroz observamos que el envejecimiento conduce a una reducción de la resistencia al punzado, es decir, en caso que una mala hierba quisiera atravesar el material, necesitaría ejercer menos fuerza. En cuanto a energía, el envejecimiento conlleva un notable aumento de la energía específica de tracción, mientras que la de punzado se ve reducida. Cuando el residuo orgánico es limpiado con jabón comercial, se observa un ligero aumento en la resistencia al punzado y un considerable aumento en la resistencia a la tracción respecto el residuo no tratado. La mejora del material juega un papel poco relevante, contrariamente a la tensión. En este caso, la mejora conlleva una reducción de la energía específica del material respecto a la cascarilla de arroz sin lavar.
En cuanto a la paja, vemos como tanto el envejecimiento como la limpieza del material afecta negativamente al material. Ambos tratamientos han ocasionado una pérdida de resistencia y energía específica tanto para tracción como para punzado. No obstante, se ve claramente como es el residuo orgánico que mejores propiedades mecánicas aporta al material.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
El residuo de champiñón sufre una reducción en la tensión, tanto de tracción como de punzado, con el envejecimiento, aunque el cambio no es significativo. La disminución en la energía específica del material es más clara, ya que disminuye considerablemente tanto para tracción como para punzado.
La combinación de cascarilla de arroz y paja no ha resultado como se esperaba. Como la limpieza del residuo orgánico ha afectado negativamente a la paja, el material obtenido no ha podido beneficiarse de las propiedades que proporciona la paja. Por tanto, su resistencia al punzado es comparable a la que presenta la cascarilla de arroz sin limpiar. La resistencia a tracción se ve levemente incrementada. A nivel de energía, los resultados obtenidos de la combinación de residuos son aún más similares a los obtenidos por la cascarilla de arroz inicial. Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Paja NE Paja SE Cascarilla de arroz mejorada Paja mejorada 3,5 Cascarilla de arroz x Paja
3
2,5
2
1,5
1
0,5 Resistencia Resistencia media al punzado(MPa) 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Resistencia media a la tracción (MPa) Cascarilla de arroz NE Cascarilla de arroz SE Residuo de champiñón NE Residuo de champiñón SE Paja NE Paja SE Cascarilla de arroz mejorada Paja mejorada Cascarilla de arroz x Paja
8000
) 2 7000
6000 5000
4000
3000
2000 1000 0 Energía específica punzado de (kJ/m 0 50 100 150 Energía específica de tracción (kJ/m2)
Figura 11. Relación entre las pruebas de tracción y punzado para A- tensión y B- energía específica para las distintas muestras estudiadas. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras.
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Independientemente de los beneficios aportados o no por la mejora del material, observamos que, para los materiales no envejecidos, la cascarilla de arroz presenta una baja tensión y energía específica de tracción, mientras que a nivel de punzado es comparable a la paja. Opuestamente, la paja presenta una elevada resistencia a la tracción y al punzado, así como una elevada energía específica. Esto se debe a la forma y tamaño de los residuos. La cascarilla de arroz tiene un ratio longitud/grosor pequeño, es decir, no es un material especialmente largo. Al ser un material pequeño, cuando la muestra se somete a tracción, las cascarillas no experimentan fricción entre ellas, lo que hace que su resistencia a la tracción sea baja. Sin embargo, las cascarillas sí interactúan entre ellas cuando la muestra se somete a punzado, haciendo así que su resistencia al punzado sea elevada. Para la paja tenemos un caso diferente. Ésta presenta un ratio longitud/grosor elevado, ya que es un material más largo que grueso. La disposición del material en la muestra hace que, cuando éste experimente una fuerza de tracción, las piezas se vean sometidas a una fricción entre ellas. Esto dificulta la ruptura del material a tracción, haciéndolo pues más resistente y más laborioso de romper. Los fragmentos de paja en la muestra también interaccionan entre ellos cuando la muestra se somete a una fuerza de punzado, con lo que su resistencia y energía específica serán elevadas.
Eliminación de las semillas de Xanthium strumarium del experimento
En los experimentos realizados germinó una única plántula de X. strumarium. Por lo tanto, puesto que las condiciones de temperatura y humedad fueron las adecuadas para la especie, la razón principal para justificar este porcentaje de germinación fue una rápida pérdida de la viabilidad de sus semillas, que disminuyó en un corto periodo de tiempo.
Viabilidad de las semillas y efecto del hydromulch en la germinación de éstas
Para los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”, se debieron realizar unas modificaciones en el ensayo. Cuando el hydromulch se endureció, se separó ligeramente de las paredes del alveolo, dejando así pequeños huecos por donde la planta podía emerger. Por lo tanto, esta manera de anotar la germinación fue relevante en los tratamientos con hydromulch especialmente, puesto que si la planta emerge lateralmente no estaría realmente atravesando el hydromulch. Se consideraron dos tipos de germinación: la transversal, anotada como tipo T, y la lateral, anotada como tipo L. Para los estudios estadísticos se restaron a la totalidad de semillas aquellas que tuvieron una germinación tipo L.
Durante el ensayo de germinación, no hubo ninguna semilla que emergiera en los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso” en ninguna especie, a excepción de una de las repeticiones de T. arvensis del nivel “hydromulch fino”, donde 24 de las 50 semillas lograron atravesar el material. La baja emergencia obtenida hizo innecesarios los análisis estadísticos sobre el efecto del material en la emergencia de las plántulas, ya que éste era claro.
Durante el ensayo de 7 días en cámara ha habido una baja tasa de germinación. La mayor parte de las semillas se han hallado en estado de latencia. La latencia de las semillas puede clasificarse en
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) dos tipos: la latencia primaria y la latencia secundaria. La primaria es la latencia innata de las semillas, es aquella latencia que poseen cuando son dispersadas. Opuestamente, la latencia secundaria es la inducida a las semillas no latentes por condiciones ambientales adversas para la germinación (Benech et al., 2000). Las semillas de los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso” mostraron ser viables durante el periodo de 7 días que permanecieron en la cámara de incubación. Las semillas que no germinaron durante ese periodo de tiempo también mostraron ser viables en su mayoría al realizárseles el test del tetrazolio. Podemos afirmar que el hydromulch ha provocado una latencia secundaria en las semillas viables, ya que éstas han mostrado ser viables en su mayoría una vez retirado el hydromulch. Esto puede verse claramente en el caso de A. retroflexus. La Tabla 4.8 recoge los resultados mencionados.
Tabla 4.8. Número de semillas germinadas respecto al total de 250 semillas y viabilidad de las semillas no germinadas
durante el ensayo de germinación. H. fino: Hydromulch fino, H. grueso: Hydromulch grueso, SG: Semillas germinadas durante el ensayo, VG: Semillas germinadas durante el periodo de 7 días en cámara, VT: Semillas viables en el test del tetrazolio, VNT: Semillas no viables en el test del tetrazolio.
Especie Nivel SG VG VT NVT H. fino 0 26 86 14 A. retroflexus H. grueso 0 25 105 6 H. fino 0 51 31 11 D. sanguinalis H. grueso 0 16 45 19 H. fino 0 14 90 37 L. serriola H. grueso 0 5 65 40 H. fino 0 50 43 36 S. oleraceus H. grueso 0 5 65 40 H. fino 24 16 37 0 T. arvensis H. grueso 0 37 51 2
Al retirar el hydromulch, las semillas han podido tener acceso a la luz. En la gran parte de casos, la luz es el factor determinante en la interrupción de la latencia de las semillas (Bewley & Black, 1982), junto con la temperatura y la humedad. En nuestro caso, la luz ha sido el factor clave, ya que las semillas de los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso” han germinado una vez retirado el material y sin haber variado las condiciones de temperatura y humedad. Al impedir el acceso de luz e inducir una latencia secundaria, el material ha evitado la germinación y emergencia de las malas hierbas.
Los ensayos de germinación en placas de Petri de cristal y de plástico se realizan como consecuencia de la baja germinación obtenida en el ensayo de germinación, menor al 50 %, con el fin de poder obtener una referencia con la que contrastar los resultados obtenidos en los niveles con hydromulch.
La baja germinación del ensayo de germinación fue causada por una humedad inadecuada en la cámara de incubación. La humedad utilizada en las primeras etapas del ensayo, 60 %, sirvió para favorecer el endurecimiento del hydromulch y la formación de una costra superficial. No obstante, esta humedad secó las semillas de los alveolos controles, que fueron cubiertas con una capa demasiado fina de vermiculita. El aumento del grosor de la capa de vermiculita o la reducción de la humedad de la cámara eran dos soluciones al problema presentado. En este estudio se escogió la modificación de la humedad.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
El ensayo en placas de Petri de cristal obtuvo resultados de germinación más bajos que en el ensayo previo. Esto fue debido a un riego excesivo, que hizo que las semillas se pudrieran.
El ensayo en placas de Petri de plástico consiguió unos resultados adecuados en cuanto a germinación. Éstos quedan recogidos en la Figura 12. Todas las comparaciones realizadas a continuación se llevan a cabo con los resultados obtenidos de este último ensayo.
A. retroflexus D. sanguinalis L. serriola S. oleraceus T. arvensis
250
200
150
100
50
Semillas Semillas germinadas acumuladas 0 Lunes Jueves Lunes Miércoles Lunes Jueves Lunes 04/03 07/03 11/03 13/03 18/03 21/03 25/03 Tiempo (días)
A. retroflexus
D. sanguinalis
L. serriola
S. oleraceus
T. arvensis
0 20 40 60 80 100
Porcentaje de germinación (%)
Figura 12. Evolución temporal del número de plantas germinadas acumulada y porcentaje de germinación al final del ensayo de germinación en placa para cada especie respectivamente. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras.
Se puede observar como A. retroflexus, D. sanguinalis y T. arvensis germinaron al poco tiempo de iniciar el ensayo. Esto demuestra que, para las condiciones de temperatura, luz y humedad, estas especies son capaces de germinar en un corto periodo de tiempo y, por tanto, tienen capacidad para invadir el campo de cultivo en donde se encuentren. S. oleraceus, en cambio, tarda algo más en germinar que las anteriores, aunque su germinación sigue siendo temprana. L. serriola es la especie estudiada que más tarda en germinar, teniendo un pico de germinación tardío con respecto
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) a las demás especies y no comparable. Esto se debe a que L. serriola es una especie ruderal, contrariamente a las demás especies estudiadas, que son arvenses. Ha estado por tanto seleccionada en ambientes ligeramente diferentes a los de las demás especies.
Al comparar los diferentes porcentajes de germinación obtenidos en el ensayo, vemos claramente como D. sanguinalis y T. arvensis han obtenido los mayores porcentajes de germinación, ambos superiores al 80 %. Por otra parte, se ve como S. oleraceus ha logrado un porcentaje de germinación final equivalente al obtenido por A. retroflexus a pesar de tener una germinación algo más atrasada. L. serriola es claramente la que menor porcentaje ha obtenido, no llegando siquiera al 50 %.
La viabilidad de las plantas no germinadas durante el ensayo de germinación fue estudiada mediante el test del tetrazolio, obteniendo los resultados presentes en la Figura 13. Se observa cómo el 100 % de las semillas de T. arvensis no germinadas eran viables. Más del 70 % de las semillas no germinadas de A. retroflexus mostraron igualmente ser viables, confirmando así el potencial como mala hierba de esta especie. Las semillas de L. serriola, que es la especie que menos germinación ha obtenido, presentan una viabilidad superior al 60 %, mayor que la viabilidad de las semillas de D. sanguinalis, que ha sido de las que mayor germinación ha obtenido en el ensayo de germinación. Esto permite afirmar que L. serriola es una potencial mala hierba, pese a tener una baja germinación. Las razones de esta baja germinación pueden ser varias, aunque la más probable son unas condiciones no adecuadas para su germinación. Al no tener unas buenas condiciones ambientales, las semillas se mantuvieron latentes, pero sin perder, en su mayoría, la viabilidad. Las semillas de S. oleraceus son las que han resultado ser más inviables. Las razones son las mismas que para L. serriola: unas condiciones ambientales no adecuadas, como, por ejemplo, un exceso de humedad que haya podrido las semillas. La viabilidad de las semillas de ésta última especie es de aproximadamente el 35 %.
A. retroflexus
D. sanguinalis
L. serriola
S. oleraceus
T. arvensis
0 20 40 60 80 100
Porcentaje de semillas viables (%)
Figura 13. Porcentaje de semillas viables respecto de las restantes del ensayo de germinación según el test del tetrazolio. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras.
La Figura 14 refuerza los resultados obtenidos sobre viabilidad. Vemos como las semillas de malas hierbas estudiadas dieron un resultado positivo en el test del tetrazolio, tiñéndose así de un color rojizo/rosado.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Figura 14. Semillas de T. arvensis y D. sanguinalis mostrando un resultado positivo en el test del tetrazolio, indicando por tanto su viabilidad. Autor: Albert Vidal García.
El tercer ensayo de germinación llevado a cabo en alveolos sirvió para comprobar si las semillas estudiadas podían germinar en un substrato de vermiculita con tal de simular las condiciones de los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso”, en donde las semillas crecieron en vermiculita. Se obtuvieron los porcentajes de germinación representados en la Figura 15.
A. retroflexus
D. sanguinalis
L. serriola
S. oleraceus
T. arvensis
0 20 40 60 80 100 Porcentaje de germinación (%)
Figura 15. Porcentaje de germinación de las diferentes especies estudiadas en el ensayo de germinación en alveolos. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras.
Se puede constatar cómo T. arvensis es la especie que mayor porcentaje de germinación presenta, aunque éste es algo inferior al que presenta en placa de Petri. A. retroflexus y D. sanguinalis, que habían presentado un elevado porcentaje de germinación en placa, no llegan al 50 % de germinación en alveolos. S. oleraceus presenta un porcentaje de germinación inferior en alveolo con respecto a en placa, mientras que L. serriola ni siquiera llega al 5 % de germinación en alveolo. En términos generales, la germinación en alveolos ha resultado ser inferior que la obtenida en placa. Esto puede deberse a diferentes factores, como un problema con el substrato de vermiculita, falta de humedad o una capa demasiado gruesa y/o compacta que haya impedido el paso adecuado de luz y, en consecuencia, la germinación de las semillas.
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La separación de medias realizada para estudiar las posibles diferencias significativas entre las germinaciones obtenidas en alveolos y en placa se recogen en la Figura 16. Se observa que, cuando el medio es vermiculita, T. arvensis destaca claramente por encima del resto de semillas, siendo así significativamente diferente a las demás. S. oleraceus y A. retroflexus, así como A. retroflexus y D. sanguinalis no son significativamente diferentes entre ellas, pero sí lo son S. oleraceus y D. sanguinalis. L. serriola también destaca respecto al resto de semillas, pero por ser la que obtuvo el menor porcentaje de germinación. Cuando éstas semillas son incubadas en placas de Petri, se ve como D. sanguinalis pasa a ser la especie con mayor germinación, siendo equivalente a T. arvensis. A. retroflexus y S. oleraceus no muestran diferencias significativas entre ellas, aunque ésta última ha obtenido una germinación inferior que la obtenida en vermiculita. Igual que con vermiculita, L. serriola es la especie con menor porcentaje de germinación, diferenciándose así del resto de especies. No obstante, el porcentaje obtenido es superior en placa que en vermiculita. Las condiciones de la vermiculita han afectado a la germinación de A. retroflexus, D. sanguinalis y L. serriola, mientras que S. oleraceus y T. arvensis no se han visto afectadas.
T. arvensis D. sanguinalis
S. oleraceus T. arvensis
A. retroflexus A. retroflexus
D. sanguinalis S. oleraceus
L. serriola L. serriola
Figura 16. Separación de medias del arcsin de la proporción de semillas germinadas en alveolo y en placa respectivamente.
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A continuación, se estudia la viabilidad de las semillas para cada especie individualmente:
o Amaranthus retroflexus
Las semillas de A. retroflexus mostraron diferencias significativas en la germinación entre aquellas que estuvieron en vermiculita y las que estuvieron sin ella en placa de Petri, tal como se observa en la Figura 17.A. 250 1
0,98
200 0,96
0,94
150 0,92
0,9
100 0,88
Númerode semillas 0,86
50 0,84 Proporción de semillas viables 0,82
0 0,8 SGP SGV Control H. fino H. grueso
Figura 17. (A) Número total de semillas de A. retroflexus germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de A. retroflexus respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. SGP: Semilllas germinadas en placa, SGV: Semillas germinadas en vermiculita, H.fino: Hydromulch fino, H.grueso: Hydromulch grueso.
A. retroflexus se ha visto claramente afectada por el tipo de medio. Sin embargo, la viabilidad de sus semillas no se ha visto afectada por la presencia o no de hydromulch. Cabe recordar que en los ensayos con hydromulch, todas las semillas se encontraban en un medio con vermiculita. La presencia de hydromulch simplemente ha impedido el acceso de las semillas a la luz, pero no ha provocado que éstas se pudran, por ejemplo. Whalley et al. (1999) demostraron que una capa compacta i gruesa de mulch condicionará no solo el acceso de luz, sino que actuará como una barrera física que la planta deberá atravesar. Esto provoca que la planta pase a ser rápidamente fototrófica, es decir, que crezca hacia la fuente de luz, y por tanto que su emergencia fracase si la plántula no logra atravesar la barrera de mulch antes de acabársele las reservas de energía.
Asimismo, la viabilidad dentro del nivel hydromulch no se ha visto afectada en función de si la capa de material era fina o gruesa, tal como muestra la Figura 17.B. Cabría esperar que, a mayor grueso, mayor retención de humedad y, en consecuencia, mayor probabilidad de que las semillas se pudrieran. Sin embargo, no sólo no hay diferencias significativas entre grosores, sino que la viabilidad de las semillas es incluso ligeramente superior en el nivel “hydromulch grueso”. El hecho de tener una capa más o menos gruesa no ha afectado tampoco a la emergencia de las semillas, ya que en ninguno de los dos niveles ha germinado ninguna plántula.
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o Digitaria sanguinalis
En el caso de D. sanguinalis, sus semillas se comportan de manera totalmente diferente cuando el medio es vermiculita o cuando crecen en placa de Petri, como se ha visto anteriormente. En vermiculita, éstas obtienen una tasa baja de germinación. En placa, en cambio, D. sanguinalis es la especie con mayor tasa de germinación, igualando a T. arvensis. Las diferencias entre medios para esta especie son claramente significativas, tal y como se ve en la Figura 18.A.
300 1
0,9 250 0,8
0,7 200 0,6
150 0,5
0,4 100
0,3 Númerode semillas 0,2
50 Proporción de semillas viables 0,1
0 0 SGP SGV Control H. fino H. grueso
Figura 18. (A) Número total de semillas de D. sanguinalis germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de D. sanguinalis respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. SGP: Semilllas germinadas en placa, SGV: Semillas germinadas en vermiculita, H.fino: Hydromulch fino, H.grueso: Hydromulch grueso.
Se observa como las medias de germinación en placa es prácticamente 3 veces superior a la obtenida en vermiculita. En cuanto a la viabilidad de sus semillas, no se observan diferencias significativas entre los tres niveles estudiados, ya que éstas se mantienen viables con y sin presencia de hydromulch. Además, el grosor de éste último no ha afectado a la viabilidad de las semillas, como en el caso de A. retroflexus (Figura 18.B).
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o Lactuca serriola
L. serriola ha resultado ser la especie con menor porcentaje de germinación, tanto en placa como en vermiculita. A pesar de los bajos niveles de germinación obtenidos, se observan diferencias significativas entre el medio con vermiculita y la placa de Petri, tal como lo demuestra la Figura 19.A. Se ve como en placa, su germinación es del orden de 7 veces superior respecto a la obtenida en vermiculita. 0,8 140 0,7 120 0,6 100 0,5 80 0,4
60 0,3 Númerode semillas
40 0,2 Proporción de semillas viables 20 0,1
0 0 SGP SGV Control H. fino H. grueso
Figura 19. (A) Número total de semillas de L. serriola germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de L. serriola respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. SGP: Semilllas germinadas en placa, SGV: Semillas germinadas en vermiculita, H.fino: Hydromulch fino, H.grueso: Hydromulch grueso.
El grosor del hydromulch no ha sido significativo con respecto a la germinación. Del mismo modo, ninguna plántula de L. serriola ha logrado atravesar el material, independientemente del grosor de éste. En los experimentos realizados por Morales, L. serriola logró una reducción de la emergencia inferiores al 13 % y al 2 % para los niveles “hydromulch fino” e “hydromulch grueso” respectivamente (2019). En nuestro caso, la reducción de la emergencia ha sido del 100 %, puesto que no ha logrado emerger ninguna plántula.
La viabilidad de las semillas no se ha visto afectada ni por la presencia o no de material, ni por el grosor de éste, ya que éstas se han mantenido, en su mayoría, viables (Figura 19.B). Las semillas de L. serriola no presentan latencia primaria y pueden germinar inmediatamente después de su dispersión. Su viabilidad es casi del 100 % en superficie y disminuye con la profundidad (Weaver & Downs, 2003). Las semillas han mostrado ser viables, por tanto, la luz ha sido el factor determinante que ha impedido su germinación, ya que el hydromulch ha evitado que las semillas accedieran a ella. En el caso de las semillas control, éstas no han germinado inmediatamente después de su dispersión en placa de Petri, a diferencia de lo afirmado por Weaver & Downs. Lo más probable a este hecho son unas condiciones ambientales inadecuadas para esta especie, ya sea de temperatura, de humedad o de luz.
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019)
Un dato a remarcar es que las semillas de L. serriola son las que más afectadas se han visto por hongos, sobretodo en el nivel control en placa, donde prácticamente todas las placas de esta especie tenían presencia de hongos.
o Sonchus oleraceus
A diferencia de las especies vistas anteriormente, no hay diferencias significativas en cuanto a la germinación de las semillas de S. oleraceus entre aquellas que estaban en vermiculita y las que estaban en placa de Petri. Así lo muestra la Figura 20.A, donde se ve como las medias son muy similares, aunque algo superior en placa que en vermiculita.
200 0,90
180 0,80
160 0,70 140 0,60 120 0,50 100 0,40 80 0,30
Númerode semillas 60 0,20
40 Proporción de semillas viables
20 0,10
0 0,00 SGP SGV Control H. fino H. grueso
Figura 20. (A) Número total de semillas de S. oleraceus germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de S. oleraceus respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. SGP: Semilllas germinadas en placa, SGV: Semillas germinadas en vermiculita, H.fino: Hydromulch fino, H.grueso: Hydromulch grueso.
Del mismo modo, no hay diferencias significativas entre los tres niveles estudiados con respecto a la germinación de las semillas (Figura 20.B). Esta germinación ha resultado ser superior en el nivel control, mostrando un valor elevado. En el ensayo en placa, las semillas de S. oleraceus han obtenido el resultado más bajo de viabilidad, siendo de alrededor 30 %. Chauhan et al. (2006) comprobaron que la germinación de esta especie se ve estimulada por la presencia de luz. Al ser un ensayo en placa, no había ningún material que le impidiera tener acceso a ésta, con lo que la pérdida de viabilidad se ha debido a factores como unas malas condiciones de mantenimiento o de incubación.
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o Torilis arvensis
Igual que S. oleraceus, la germinación de T. arvensis no muestra diferencias significativas entre un medio con vermiculita y uno sin (Figura 21.A). Ha sido la única especie estudiada que ha presentado un elevado porcentaje de germinación en ambos medios, siendo así la especie que mejor ha tolerado el crecimiento en vermiculita. Además, tal como se aprecia en la Figura 21.B, la viabilidad de sus semillas no se ha visto afectada por el tipo de medio en el cual han crecido. No se aprecian diferencias significativas en la viabilidad de éstas entre los tres niveles estudiados. De hecho, los resultados obtenidos para el nivel control y el nivel “hydromulch fino” son idénticos. La presencia o no de material no ha provocado la pérdida de viabilidad de las semillas, sino que sencillamente les ha inducido una latencia secundaria. Si bien es cierto que sus semillas no se han visto afectadas por la presencia o no del material, aquellas semillas del nivel “hydromulch grueso” han obtenido un resultado de viabilidad algo inferior, aunque no significativamente diferente.
250 1
200 0,99
150 0,98
100 0,97 Númerode semillas
50 0,96 Proporción de semillas viables
0 0,95 SGP SGV Control H. fino H. grueso
Figura 21. (A) Número total de semillas de T. arvensis germinadas en placa y en vermiculita respecto el total de semillas, que fue de 250. (B) Tanto por uno de semillas viables de T. arvensis respecto el total de semillas recuperadas una vez finalizado el ensayo de germinación. Las barras de error indican la desviación típica de las muestras. SGP: Semilllas germinadas en placa, SGV: Semillas germinadas en vermiculita, H.fino: Hydromulch fino, H.grueso: Hydromulch grueso.
De todas las especies estudiadas, T. arvensis ha resultado ser aquella con mayor potencial para germinar y para atravesar el material. Ha sido la única especie en germinar de manera adecuada tanto en placa como en vermiculita, su germinación ha sido directamente después de su dispersión, mostrando un pico de germinación a los pocos días de estar en la cámara de incubación, y sus semillas no se han visto afectadas por el hydromulch, ya que no han perdido viabilidad o han muerto. Además, T. arvensis ha sido la única especie que ha logrado atravesar el hydromulch.
En términos generales, el hydromulch ha resultado ser una buena herramienta en el control de la emergencia de las plántulas de las 5 especies de malas hierbas con las que se ha trabajado. Como ya se ha mencionado, ninguna especie ha logrado atravesar el material a excepción de una réplica de T. arvensis, por lo que ofrece una protección adecuada a nuestro cultivo de interés. Ranaivoson et al. (2017) realizaron unos experimentos en donde comprobaron que la emergencia de malezas
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) disminuye exponencialmente con el incremento del grosor del mulch, que en su caso fue hecho de residuos de cultivos. En nuestro caso no se ha podido comprobar el papel que juega el grosor del material. Sin embargo, se ha comprobado que, para estas especies, es suficiente con un grueso fino para impedir su emergencia. Al trabajar con menor grueso, se ahorra en material y en dinero. Del mismo modo, el material no ha provocado la pérdida de viabilidad de las semillas en ninguna especie. Se podría esperar que este tipo de material, al retener humedad, pueda causar la putrefacción de las semillas que se encuentran en el suelo. No obstante, se ha comprobado que el material simplemente induce a las semillas a una latencia secundaria en la mayoría de casos. La no pérdida de viabilidad permite conservar el banco de semillas del suelo, manteniendo así la riqueza de éste.
Una modificación en la dosificación, un mejor lavado del material o un cambio del yeso por cal, por ejemplo, pueden ser soluciones para obtener un material mezcla con mejores propiedades que uno hecho a base de un solo material. El cambio de vermiculita por otro substrato puede ser una modificación interesante a este experimento con el fin de ver cómo ésta ha afectado las semillas en nuestro estudio. Para los niveles con hydromulch, el uso de un plástico film en lugar de papel de filtro es recomendable por tal de reducir las pérdidas de semillas.
De este estudio se derivan diferentes estudios futuros posibles, como por ejemplo el estudio del material en condiciones reales, es decir, estudiar cómo se comporta el hydromulch en un campo de cultivo expuesto a condiciones ambientales naturales. El grosor del material también sería otro posible análisis futuro con el fin de encontrar un equilibrio entre precio y grueso adecuado. Podría resultar interesante también estudiar los efectos que provoca el hydromulch ya no en las semillas sino en el suelo. Del mismo modo, se puede realizar un estudio de las propiedades mecánicas del hydromulch modificando su dosificación.
Si resulta ser una herramienta adecuada y supera todas las pruebas, sería interesante considerar el hydromulch como una alternativa real al plástico de polietileno e intentar favorecer la competitividad de éste en el mercado para que pueda sustituir los plásticos basados en petróleo progresivamente de los campos de cultivo. Aunque éste material siempre será más caro que el polietileno, debe hacerse todo lo posible por eliminar éste último de los campos de cultivo y reducir así su contaminación.
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5. Conclusiones
Aunque tanto la cascarilla de arroz como la paja pueden ser utilizadas para hydromulches, la paja ha resultado ser el material más conveniente por las propiedades mecánicas que aporta al conjunto del material tanto a nivel de tracción como de punzado. El residuo de champiñón ha resultado ser un material inadecuado como componente de hydromulches, ya que era el residuo orgánico que tenía piezas de material más grandes. Al ser piezas grandes, la superficie específica de las mismas es menor y, en consecuencia, la interacción entre piezas se ve reducida. Esto provoca que la resistencia a tracción y punzado, así como la energía específica, sean bajas. Por consiguiente, un material hecho a base de este residuo orgánico no impediría correctamente la emergencia de malezas, quienes podrían atravesarlo sin demasiado esfuerzo.
En las pruebas de durabilidad, la paja es el residuo orgánico que más se ve afectado por la degradación, aunque mantiene unas buenas propiedades mecánicas tras el envejecimiento.
El hydromulch de paja ha resultado ser eficiente en el control de la emergencia de plántulas de malas hierbas, impidiéndola de igual manera en los dos grosores de hydromulch ensayados. T. arvensis ha sido la especie con mayor potencial de germinación y emergencia. Cabe destacar el efecto del hydromulch en la germinación de las semillas. El material sirve para aislar éstas de la luz, induciéndoles así una latencia secundaria. Por tanto, permite reducir la tasa de germinación de semillas en el suelo. Esto es importante puesto que, si una planta no germina, no estará presente. En cuanto a viabilidad, el hydromulch no ha afectado la viabilidad de las semillas de ninguna especie estudiada, ya que éstas han mostrado ser viables una vez finalizado el experimento.
La combinación de paja y cascarilla de arroz no ha mostrado el comportamiento esperado, ya que la limpieza del material ha empeorado el rendimiento mecánico de la paja debido a una limpieza inadecuada que haya perjudicado la adherencia entre el residuo orgánico y el yeso, o a una limpieza excesiva que haya incrementado la hidrofilia de las fibras del residuo orgánico y haya modificado así las reacciones químicas que se producen entre el yeso y dichas fibras.
El hydromulch ha mostrado ser una alternativa viable al acolchado plástico, aunque debe mejorarse su competitividad en el mercado mediante diferentes mejoras del mismo para que pueda ser realmente una alternativa atractiva para los agricultores.
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Anexo A – Especies de malas hierbas estudiadas
Amaranthus retroflexus L.
Su nombre proviene del griego “a”, que significa “no”, y “marai”, que significa “marchitar”, es decir, flores que no marchitan. Es una planta herbácea anual erecta con tallos pubescentes que puede alcanzar el metro de altura máxima. Sus hojas son entre oval lanceoladas y oval romboidales, con un ápice mucronado. Posee flores monoicas envueltas en un involucro más o menos escamoso. El perianto, compuesto por el cáliz y la corola, puede ser espinoso o no. Tiene un panículo terminal denso y un fruto en pixidio acabado por dos o tres picos, que se abre regular e irregularmente mostrando las semillas. Éstas son lenticulares, negras y brillantes, y se dispersan por el agua, el hombre o los animales (Villarías, 2006). Los cotiledones son oval-alargados y peciolados, pudiendo medir entre 3 y 4 mm de longitud. El Figura A.1. Amaranthus retroflexus L. hipocotilo puede presentar coloraciones rosadas o púrpuras Fuente: Universitat de les Illes Balears - (Recansens & Conesa, 2009). En la cuenca mediterránea, A. Herbari Virtual del Mediterrani retroflexus germina en primavera, mientras que florece de julio Occidental. a septiembre (Villarías, 2006; Universitat de les Illes Balears, 2019). Se ve favorecida por temperaturas estivales (Zaragoza, 2013). Diferentes experimentos han comprobado que la máxima germinación se da a temperaturas de 35ºC (McWilliams et al., 1968). Se reproduce exclusivamente por semilla y una planta es capaz de producir entre 230000 y 50000 semillas (Stevens, 1957; Morales, 2018). La latencia de sus semillas se ve afectada por la luz y la temperatura, inhibiéndose cuando esta última fluctúa (Morales, 2018). La planta no puede germinar en condiciones de oscuridad (Schonbeck & Egley, 1981) ya que la luz actúa como un indicador de la profundidad a la que se encuentran en el suelo. Como la germinación se ve favorecida en aquellas semillas que estén cerca de la superficie, la falta de luz será interpretada como una elevada profundidad en el suelo y la semilla no germinará. En cuanto a la temperatura, la germinación se ve favorecida a temperaturas rondando los 30-35ºC, aunque la planta puede germinar también a temperaturas entre los 20ºC y los 30ºC (Schonbeck & Egley, 1980; Steinmaus et al., 1999). A nivel fisiológico, A. retroflexus utiliza la vía del carbono C4, lo que la hace más eficiente en el uso del CO2 en la fotorespiración (Weaver & McWilliams, 1980).
Es una planta introducida nativa de América del Norte que se encuentra presente en la mayoría de los continentes en un gran número de hábitats (Peralta & Royuelo, 2005). En la Península, se encuentra distribuida por todo el territorio (Villarías, 2006). Puede vivir en campos de cultivo poco o muy húmedos, pero también en ambientes urbanizados o caminos. Se encuentra en suelos cuyo pH se encuentra entre 4.2 y 9.1, y tiene un gran requerimiento de nitrógeno, por lo que se las asocia a cultivos agrícolas con altos niveles de nitrógeno y bajos niveles de fosfatos y potasio (CABI, 2018). A pesar de ser una planta agresiva en muchos cultivos, su control es fácil, mediante herbicidas químicos como el 2,4-D o mediante un control biológico a partir de la competencia que ejerce el propio cultivo o con patógenos fúngicos (CABI, 2018; FAO, 2018). Como en la mayoría de casos, diferentes especies resistentes a herbicidas como la atrazina fueron reportadas en Estados Unidos,
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Canadá, Francia y España (Heap, 1997). La atrazina fue prohibida en la Unión Europea por la legislación 2004/248/EC (European Commission, 2018).
A A. retroflexus se le atribuyen especies de insectos como orugas de mariposas tales que Pholisora catullus, u orugas de polillas tales que Holomelina aurantiaca o Hymenia perspectalis. También se le atribuyen especies animales como pájaros e incluso cerdos, ciervos, conejos o ganado, se ingieren las semillas de la planta. Es una planta venenosa para el ganado. Sin embargo, las hojas jóvenes y las semillas son aptas para el consumo humano, siendo así un alimento con un alto contenido en hierro (CABI, 2018). Fue reconocida por la Academia Nacional de Ciencias, EEUU, como una planta prometedora y con valor económico gracias a sus valores nutricionales (NAS, 1975).
SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Magnoliophyta ORDEN Caryophyllales FAMILIA Amaranthaceae GÉNERO Amaranthus ESPECIE Amaranthus retroflexus L.
Digitaria sanguinalis L. Scop.
Su denominación procede del latín “digitus”, que significa “dedo”, ya que esta planta posee un panículo digitado (Villarías, 2006). Es un pasto herbáceo anual de verano, planta gramínea. Mide entre 20 y 60 cm y sigue la vía de 4 carbonos para su fotosíntesis, clasificándose así como una planta C4. Las hojas, que suelen tener tonalidades púrpuras, son estrechas, lineares, tienen forma de lanza y suelen medir 15 cm de largo (CABI, 2018). La primera hoja es ancha y corta, mientras que las siguientes son más alargadas, creando así un gradiente foliar (Recansens & Conesa, 2009). La inflorescencia está compuesta por múltiples espigas lineales que parten de diferentes puntos del tallo principal y se abren como los dedos de una mano. Su fruto cariópside glabro, elíptico, deprimido por un lado y convexo por el otro, que contiene una semilla (Villarías, 2006). Los tallos son, a menudo, enraizados y muy ramificados (CABI, 2018). Sus flores tienen tres estambres y estigmas terminales. Las glumas de D. sanguinalis son muy Figura A.2. Digitaria sanguinalis desiguales, siendo la inferior pequeña o nula y la superior con de L. Scop. Fuente: Universitat de les Illes Balears - Herbari Virtual del tres a cinco nervaduras. Las glumillas son fértiles, lisas y muy Mediterrani Occidental. similares. Las espiguillas son comprimidas, con una flor hermafrodita que va acompañada por un rudimento estéril en la base. (Villarías, 2006). La planta se reproduce por semillas y, en zonas sin una estación fría marcada, puede enraizar estolones. Florece en verano y germina en primavera, pudiendo dar lugar a más de 150000 semillas por planta. Las semillas están en estado de latencia en el momento de la dispersión y la emergencia de las mismas
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) se produce el primer año posterior a su dispersión (Morales, 2018). Se ha comprobado que el potencial de emergencia de las plantas es máximo cuando éstas son enterradas a una profundidad de entre 0 a 2 cm, y nulo a profundidades superiores a los 6 cm de profundidad (Benvenuti et al., 2001). De la misma forma, se ha comprobado que se obtienen altos porcentajes de germinación a temperaturas entre los 25ºC y los 30ºC (Zhang et al., 2011), aunque la planta puede crecer en un rango de temperaturas entre 15ºC y 30ºC (Steinmaus et al., 1999). Las semillas tienen dos patrones de germinación en función del órgano que aparezca primero: la radícula o el coleóptilo (Verdú & Mas, 2014).
Está repartida en buena parte de la Península, mostrándose esporádica mayoritariamente en la mitad oriental (Villarías, 2006). Tiene una elevada capacidad competitiva y es muy prolífica (Gallart, 2009). Se cría en huertos, orillas de los ríos y embalses, y en aquellos terrenos en donde el suelo removido permanece húmedo una parte del año y muy seco el resto. Es muy común encontrarla en cultivos de maíz, remolacha, árboles frutales y viñedos (CABI, 2018).
Se le atribuyen especies de insectos como Poanes melane, Mayetiola destructor y Empoasca fabae, especies de nematodos como Meloidogyne arenaria, Meloidogyne incognita y Pratylenchus penetrans, especies de hongos como Magnaporthe grisea, y virus como el Rice black-streaked dwarf virus o el Maize rough dwarf virus (CABI, 2018).
Esta descrita como una de las peores malas hierbas del mundo y una de las más agresivas (Holm et al. 1977). Por ello, es de gran importancia su control en los campos de cultivo. Un tipo de control usado normalmente es la solarización, ya que es un proceso relativamente barato (CABI, 2018). Sin embargo, el uso de herbicidas para controlar esta planta está cogiendo cada vez más relevancia, puesto que los resultados obtenidos son satisfactorios en diferentes cultivos (CABI, 2018). No obstante, el uso de herbicidas está dando lugar a especies resistentes. Son ejemplos Estados Unidos y Australia, donde se han encontrado especies resistentes de D. sanguinalis al fluazifop (Heap, 1997).
SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Magnoliophyta ORDEN Poales FAMILIA Poaceae GÉNERO Digitaria ESPECIE Digitaria sanguinalis L. Scop
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Lactuca serriola L.
Su denominación proviene del latín “lac”, que significa “leche”, debido a que esta planta posee tubos lechosos (Villarías, 2006). Planta anual o bienal rígida y que puede alcanzar 1’80 metros de altura. Presenta hojas rígidas espinosas, con bordes dentados, siendo las hojas inferiores muy lobuladas y midiendo hasta 15 cm de largo, y las hojas superiores poco lobuladas y verticales (Rzedowski et al., 2001; Villarías, 2006). El envés de las hojas presenta pelos rígidos sobre el nervio medio y los márgenes. Sus cotiledones son elípticos y truncados en el ápice, con escasos pelos (Recasens & Conesa, 2009). Presenta una inflorescencia compuesta por muchos capítulos de color amarillo-pálido, estrechos y pedunculados (Villarías, 2006). Las ramas de esta especie son espinosas (Peralta & Royuelo, 2005). Poseen un receptáculo desnudo y un involucro oblongo-cilíndrico provisto de foliolos en la base (Villarías, 2006). Florece en verano, de junio a Figura A.3. Lactuca serriola L. agosto, por lo que es resistente a la sequía. Germinan en primavera, Fuente: Universitat de les Illes pudiendo producir entre 10000 y 100000 semillas por planta en Balears - Herbari Virtual del Mediterrani Occidental. función de si ésta tiene o no competencia con otras especies (Prince & Carter, 1985; Villarías, 2006; Recasens & Conesa, 2009; Morales, 2018). Las semillas no presentan latencia primaria y pueden germinar directamente después de su dispersión (Weaver & Downs, 2003; Morales, 2018). De hecho, la unidad de dispersión de esta especie son los aquenios, un tipo de fruto indehiscente seco, dispersados por el viento. Estos aquenios son muy comprimidos, alargados y acabados en un pico más o menos largo (Villarías, 2006). Las temperaturas óptimas de germinación oscilan entre los 20ºC y los 30ºC, siendo óptima en los 24ºC, mientras que la latencia secundaria es inducida a temperaturas superiores a los 25ºC y principalmente, en condiciones de oscuridad (Gutterman, 1992; Mikulka & Chodová, 2003; Morales, 2018).
Es una especie originaria de Europa y Asia occidental, pero ha llegado a introducirse en todo el mundo. En la Península está repartida igualmente por buena parte del territorio (Villarías, 2006). Salpica el Pre-Pirineo penetrando por los valles, pero, sin embargo, escasea en los somontanos (Villar et al., 1997). Habita en lugares removidos, pedregosos, secos y soleados, desde cunetas y taludes de vías de comunicación hasta solares urbanos y suelos moderadamente nitrogenados.
El néctar y el polen atrae a diferentes tipos de abejas, mientras que sus hojas son fuente de alimento para larvas de polillas como Cucullia intermedia. La planta puede ser comida como ensalada, aunque presenta un sabor amargo. Las hojas jóvenes pueden comerse crudas o cocidas. Más allá del uso alimentario, esta planta presenta un uso medicinal y ha sido ampliamente usada a lo largo de la historia en diferentes rituales. SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Magnoliophyta ORDEN Asterales FAMILIA Asteraceae GÉNERO Lactuca ESPECIE Lactura serriola L.
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Sonchus oleraceus L.
Su nombre proviene del griego “sonphos” que significa “hueco” (Villarías, 2006). Especie anual o bienal de ciclo corto que mide normalmente entre 70 y 80 cm de longitud, aunque puede llegar a 1’50 metros. Tiene tallos erectos, huecos y que pueden estar o no ramificados. Las hojas son muy variables en forma y tamaño, pero por lo general son dentadas o pinnatisectas. Las hojas del tallo son blandas y poseen casi siempre aurículas más o menos prominentes y agudas. Las hojas adultas son pinnatífidas, mientras que las hojas de la roseta forman un limbo bruscamente arqueado (Villarías, 2006; Universitat de les Illes Balears, 2019). En general, presenta látex a partir de la cuarta hoja (Recasens & Conesa, 2009). Sus cotiledones son redondeados y sésiles, ligeramente truncados en el ápice (Villarías, 2006; Recasens & Conesa, 2009). La inflorescencia consiste en 5-15 capítulos pedunculados agrupados con un Figura A.4. Sonchus oleraceus L. Fuente: Universitat de les Illes Balears - involucro algodonoso formado por numerosos foliolos Herbari Virtual del Mediterrani desiguales. Tiene flores centrales y periféricas liguladas y muy Occidental. numerosas, de tonalidades amarillentas de unos 13 mm de longitud. El fruto es un aquenio comprimido, de 2,5 a 4 mm de largo, por lo general rugoso, provisto de costillas longitudinales, sin pico y de color café (Villarías, 2006). Las plántulas presentan forma de roseta y tienen pelos dispersos de color blanco (Recasens & Conesa, 2009). Si las condiciones de humedad son óptimas, puede florecer durante casi todo el año (Peralta & Royuelo, 2005). Germina en primavera, florece durante todo el año y se dispersa mediante el viento (Villarías, 2006; Universitat de les Illes Balears, 2019). La planta puede germinar en un amplio rango de temperaturas, yendo éstas desde los 5-10ºC hasta los 30-35ºC (Steinmaus et al., 1999; Widderick et al., 2010), y se ve favorecida por un pH entre 6 y 7 (Manalil et al., 2018). Al igual que la mayoria de malas hierbas, S. oleraceus produce un gran número de semillas, pudiendo producir entre 8000 y 40000 semillas por planta (Chauhan et al., 2006; Salisbury, 1964; Morales, 2018). Estas pueden sobrevivir hasta 10 años en condiciones de laboratorio, pero en el suelo se ha comprobado que normalmente sobreviven unos 30 meses como máximo (CABI, 2018).
Es nativa de la Cuenca del Mediterraneo y toda Europa (Peralta & Royuelo, 2005). Ha sido introducida y naturalizada en prácticamente todo el mundo, convirtiéndose en una maleza de difícil erradicación. En España se encuentra distribuida por todo el territorio (Villarías, 2006). En Estados Unidos se considera una maleza importante en varios cultivos anuales y perennes como el girasol (Helianthus annus), el tabaco (Nicotiana tabacum), el cacahuete (Arachis hypogaea) o la sandía (Citrullus lanatus). Se suelen encontrar en jardines, tierras arables y alrededor de residencias. Puede presentarse en diferentes tipos de suelos, desde salinos hasta ácidos (Lewis, 1984), preferiblemente suelos revueltos. La emergencia de las semillas estará condicionada en gran medida por la profundidad a la que éstas se encuentres, ya que se ha comprobado que la emergencia de S. oleraceus disminuye a medida que se incrementa la profundidad, siendo prácticamente nula cuando se encentran a más de 6 cm de profundidad (Manalil et al., 2018).
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Se le atribuyen diferentes especies animales como abejas, mariposas y minadores como Amauromyza maculosa, Chromatomyia lactuca o Chromatomyia syngenesiae, que son larvas de insectos que viven en el interior del tejido foliar, y hongos como Bremia sonchi, Podosphaera fuliginea y Puccinia littoralis (CABI, 2018). De la misma forma, S. oleraceus puede albergar muchas enfermedades virales tales como el Watermelon mosaic virus, el Pepino mosaic virus, el Tomato spotted wilt virus o el Alfalfa mosaic virus, representando así un serio problema para el cultivo (CABI, 2018).
Es una planta comestible con algunas propiedades curativas en dolores de hígado, siendo utilizada como planta medicinal. Su látex puede ser una alternativa en la industria, permitiendo la producción de forrajes, por ejemplo (CABI, 2018).
Su control es difícil, habiendo por tanto diferentes métodos existentes. El control manual, o deshierbe manual, es caro pero efectivo. El control químico se basa en el uso de herbicidas como la metribucina o el cloridazon (también llamado pyrazón) para preemergencia, y 2,4-D, MCPA, bentazona o glifosato para postemergencia (European Commission, 2018). La selección del herbicida dependerá de las condiciones y especies de cultivo que se trate. El uso excesivo de herbicidas puede provocar que la planta adquiera resistencia, tal como ha sucedido en Australia, en donde la planta ha adquirido resistencia al clorusulfuron (Heap, 1997). Otro tipo de controlo es la regulación de luz, ya que se ha comprobado que la emergencia de la planta presenta una alta sensibilidad a la luz. El factor luz está directamente relacionado con la profundidad a la cual se encuentra la semilla en el suelo, siendo por tanto un factor clave en la germinación y posterior emergencia (Sheldon, 1974). Para ello, el uso de coberturas vegetales o de cobertura de residuos vegetales son técnicas utilizadas normalmente (CABI, 2018). Finalmente, también se puede utilizar un control biológico, aunque este resulta menos efectivo en algunos casos respecto a los vistos anteriormente (CABI, 2018).
SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Magnoliophyta ORDEN Asterales FAMILIA Asteraceae GÉNERO Sonchus ESPECIE Sonchus oleraceus L.
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Torilis arvensis (Huds) Link.
Su denominación proviene del diminutivo de “tordylium”, ya que se parecen a este género (Villarías, 2006). Planta herbácea de amplia distribución, anual, pubescente y con tallo erecto que puede alcanzar los 80-200 cm de longitud. Tiene las hojas muy variables y bastante divididas. Sus hojas verdaderas son alternas y tienen pilosidad dispersa (Recasens & Conesa, 2009). La inflorescencia es una umbela largamente pedunculada, con entre 2 y 12 radios de 0.5 a 7 cm. La planta no suele presentar brácteas, aunque puede llegar a presentar una. Posee cotiledones filiformes ligeramente dilatados en la parte media, de entre 2 y 3 mm de largo (Recasens & Conesa, 2009). El cáliz presenta cinco dientes lanceolados, mientras que la corola se compone de cinco pétalos escotados, de color blanco o rosado en ocasiones, bilobulados y casi iguales. Tiene flores Figura A.5. Torilis arvensis (Huds) Link. hermafroditas, pequeñas y agrupadas en umbelas con de dos a Fuente: Universitat de les Illes Balears - doce radios sin involucro. Los frutos son pequeños, entre 2 y 3 Herbari Virtual del Mediterrani Occidental. mm, ligeramente comprimidos y están cubiertos de aguijones casi rectos acabados en modo de arpón (Villarías, 2006). Gracias a los ganchos característicos de su fruto, las semillas de T. arvensis pueden ser dispersadas con facilidad mediante diferentes animales como ovejas, perros lanudos o pájaros, aunque también mediante viento y agua. El hipocotilo de T. arvensis mide algo más de 10 mm de longitud (Recasens & Conesa, 2009). Esta planta tiene tendencia a tumbarse, a desparramarse debido al peso de sus umbelas. Germina en primavera y florece de mayo a agosto-septiembre (Peralta & Royuelo, 2005). La temperatura óptima de germinación es de 20ºC (Payamani et al., 2018).
Es originaria de Eurasia y del norte de África. En España está ampliamente distribuida por todo el territorio. Se suele encontrar en lugares húmedos, normalmente en márgenes de canales y torrentes (Universitat de les Illes Balears, 2019). También la podemos encontrar en los campos de cultivo de cereales y en diferentes ambientes rurales. Torilis spp. es muy común en cultivos de zanahorias (Zaragoza, 2013).
La planta crece a plena luz, aunque soporta la sombra. De hecho, se ha comprobado que la luz no afecta a la germinación se las semillas, pero si lo hace la profundidad a la cual se encuentran las semillas, ya que, si esta supera los 6 cm, la emergencia de las semillas será prácticamente nula (Payamani et al., 2018). Aguanta el calor extremo y los suelos secos, lo que la hace una indicadora de sequedad moderada. Por otra parte, también tolera suelos básicos, de pH entre 5.5 y 8, lo que la hace una indicadora de alcalinidad, aunque el pH óptimo de la planta es de 7 (Payamani et al., 2018). En cuanto a nutrientes, T. arvensis puede vivir en suelos ricos en nitrógeno, siendo también una indicadora de riqueza de nutrientes.
A pesar de que no tiene ningún valor alimenticio, sí tiene un importante valor ecológico, pues es una de las plantas preferidas por las orugas de muchas mariposas, como por ejemplo la mariposa rey. Además, esta planta atrae otros insectos como abejas, avispas y escarabajos.
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SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Magnoliophyta ORDEN Apiales FAMILIA Apiaceae GÉNERO Torilis ESPECIE Torilis arvensis (Huds) Link.
Xanthium strumarium L.
Su nombre proviene del griego “xanthos”, que significa “amarillo”, ya que esta especie se solía utilizar para fabricar tintes amarillos (Villarías, 2006). Es una planta herbácea anual, monoica, aromática y robusta que puede llegar a alcanzar 1’20- 1’50 metros de altura (Weaver & Lechowicz, 1982). Es una planta pubescente con hojas que pueden llegar a los 15 cm de largo y los 18 cm de ancho, siendo éstas triangulares, con borde dentado irregularmente y con pecíolo de hasta 10 cm de longitud. Normalmente presentan entre 3 y 5 lóbulos. Los tallos son ásperos y presentan normalmente líneas o puntos de tonalidades violáceas. Las flores son homógamas discoideas, verdosas y se encuentran agrupadas en capítulos axilares o terminales. Las Figura A.6. Xanthium strumarium L. flores masculinas están provistas de un involucro corto con Autora: Sue Abonyi. Fuente: Redbubble. foliolos libres, mientras que las flores femeninas lo están con un involucro oval recubierto de aguijones. X. strumarium presenta un fruto grande y alargado, de entre 1 a 2 cm de longitud, acabado en dos picos. Éste es de color café-amarillento y posee espinas curvas que lo rodean.
Germina en primavera y florece en verano-otoño, de julio a septiembre (Villarías, 2006). Se dispersa únicamente por semilla (Weaver & Lechowicz, 1982). Es considerada maleza. La temperatura óptima de germinación de X. strumarium es de 25ºC (Saric et al., 2012). Los cotiledones de los vástagos, que suelen tener una forma lanceolada romboidal de entre 4 a 5 cm (Villarías, 2006), exudan químicos tóxicos, carboxiactractilósidos (abreviado como CATR, fórmula química:
C31H46O18S2), que pueden inhibir la germinación y el crecimiento de otras especies de plantas, e incluso pueden llegar a matar a los vástagos de su propia especie o a animales que se alimenten de esta planta (Weaver & Lechowicz, 1982; Martin et al., 1992). Es muy común encontrarlas en cultivos de soja, maíz o algodón (CABI, 2018).
X. strumarium está considerada como una planta de zonas templadas, siendo muy común en América del Norte. En España fue introducida a finales del siglo XIX como mala hierba y se extendió por las zonas litorales, pero también tierra adentro, encontrándose actualmente presente en todo el territorio (Rzedowski et al., 2001; Villarías, 2006). No es común en zonas montañosas. Prefiere terrenos húmedos removidos a orillas de embalses o huertos, o bien escombros junto a desagües. Forma una cubierta sobre el suelo en bosques abiertos, cauces intermitentes y playas. Coloniza de forma dispersa gravas con el nivel freático muy cerca de la superficie. Se propaga por semilla,
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Diseño de acolchados de vía húmeda para el control de malas hierbas – Vidal, A. (2019) dispersándose adherida al pelaje del ganado o bien por medio del agua (Peralta & Royuelo, 2005). Se encuentra presente en cultivos de maíz, cacahuete, soja y algodón entre otros (CABI, 2018). En Estados Unidos, esta planta se ha convertido en un serio problema en los cultivos de algodón, ya que causa unas pérdidas del 60-75 % debido a la disminución del rendimiento del cultivo (Weaver & Lechowicz, 1982).
X. strumarium crece a plena luz, aunque soporta condiciones de sombra. Crece con calor extremo, en zonas muy cálidas. Tolera un gran rango de pH, que van desde 5.2 a 8.0 (CABI, 2018; Weaver & Lechowicz, 1982), suelos ricos en nitrógeno, siendo así una planta indicadora de la riqueza de nutrientes del suelo, inundaciones y suelos salinos (Weaver & Lechowicz, 1982).
Se le relacionan especies de insectos como Ophraella communa, Dectes texanus, Mordellistena spp., Calycomyza platyptera, Chrysodeixis includens, Ditylenchus destructor o Cylindrocopturus adspersus entre muchos otros. Además, sirve de huésped para diferentes patógenos que afectan al cultivo como Puccinia xanthii o Alternaria helianthi, que afectan al girasol (Helianthus annuus) (CABI, 2018).
Su control se basa principalmente en agentes químicos como el 2,4-D o el glifosato. Sin embargo, como en la mayoría de casos, su uso excesivo está dando lugar a individuos resistentes a estos herbicidas (CABI, 2018).
Esta especie está incluida en la ORDEN SCO/190/2004 del 28 de enero, por la que se establece que su venta al público queda prohibida o restringida por razones de toxicidad, ya que es extremadamente tóxica para los mamíferos (CABI, 2018). El consumo de semillas puede producir desde depresión y vómitos hasta espasmos musculares, degeneración del hígado, pulso rápido e incluso la muerte (CABI, 2018). Diferentes casos han sido documentados de ovejas, cerdos o ganados que han sido envenenados por comer hojas jóvenes de esta especie (CABI, 2018).
SITUACIÓN TAXONÓMICA REINO Plantae DIVISIÓN Angiospermae ORDEN Asterales FAMILIA Asteraceae GÉNERO Xanthium ESPECIE Xanthium strumarium L.
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ANEXO B – Imágenes de los experimentos
Figura B.1. Piezas utilizadas para las pruebas mecánicas de tracción y compresión respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.2. Prueba de tracción con el texturómetro TA.XT.Plus. Autor: Albert Vidal García.
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Figura B.3. Prueba de compresión con el texturómetro TA.XT.Plus. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.4. Semillas de A. retroflexus y L. serriola respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.5. Semillas de D. sanguinalis y S. oleraceus respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
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Figura B.6. Semillas de T. arvensis y X. strumarium respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.7. Plántulas emergidas en el nivel control de S. oleraceus y X. strumarium respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.8. Plántulas de T. arvensis atravesando el hydromulch fino. Autor: Albert Vidal García.
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Figura B.9. Materiales utilizados en la elaboración de los mulches mejorados. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.10. Mulch antes y después de su paso por la estufa respectivamente. Autor: Albert Vidal García.
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A
B
Figura B.11. (A) Contenido de los alveolos control, donde hay todas las semillas que no han emergido o germinado; (B) Restos de papel de filtro con las semillas no emergidas o germinadas en los tratamientos con hydromulch. Autor: Albert Vidal García.
Figura B.12. Semillas de A. retroflexus enganchadas en el mulch una vez se ha retirado el papel de filtro. En la imagen se señalan con círculos rojos algunas de las semillas enganchadas. Autor: Albert Vidal García.
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