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Fernández, R.D., Mora-Mueckay, C., Moreira-Salto, J.R. y Mendoza-Intriago, D.A. (2021). Volumen de humedecimiento por la aplicación de hidrogel en suelos de diferentes texturas. La Granja: Revista de Ciencias de la Vida. Vol. 33(1):67-75. http://doi.org/10.17163/lgr.n33.2021.06.
1. Introducción
El hidrogel es usado en la agricultura tanto por sus beneficios económicos como agronómicos (Cisneros et al., 2020), en hortalizas (Pereira et al., 2019) y en cultivos perennes (M’barki et al., 2019). El hidrogel es un polímero hidrófilo, blando, elástico con capacidad de expandirse con el agua, aumentando su peso, pero sin perder su estructura, que en estado deshidratado son cristales (Ahmed, 2015). Sus bondades le han permitido ser usado en áreas como la biomedicina (Nicolson y Vogt, 2001; Amin et al., 2009) y en la agricultura se ha utilizado como elemento para evitar el estrés hídrico en los cultivos (Dragusin et al., 1996) ya que retener agua es sin duda su principal característica (Satriani et al., 2018). Los primeros estudios en esta área datan en los años 70s en la germinación y crecimiento de semillas (Palacios, 2016).
Por el momento se conoce la cantidad de aplicación, las mimas que son variadas en función del cultivo y sustrato o suelo a utilizar. Agaba et al. (2011) recomiendan 0,4% de hidrogel en Agrostis stolonifera y Montesano et al. (2015) 2% en suelos arenosos. Jankowski et al. (2011) aplicaron 50 g.m2 en diferentes sustratos y cultivos. Rivera et al. (2018) encontraron que con la aplicación de entre 2 y 2.5 g/planta en el cultivo de pimiento alcanzaron los mayores rendimientos. Aunque los estudios donde se muestra una alta influencia del hidrogel en los cultivos corresponden cuando hay altas cantidades de hidrogel. Maldonado et al. (2011) recomiendan 4 g.L-1 o mayor, y Chirino et al. (2011) mencionan una dosis de 1,5% de hidrogel para obtener una alta efectividad.
Por otro lado, el comportamiento del hidrogel está ligado a las características físicas del suelo en especial la textura (Rivera y Mesías, 2018), lo cual muestra la dinámica del comportamiento del mismo. El hidrogel ha sido muy utilizado en suelos de baja retención de agua (López et al., 2013; Rojas et al., 2004; Idrobo et al., 2010), también en áreas agrícolas de escasez de precipitaciones o sequias (Santelices, 2005), en donde existen varios tipos de textura del suelo. Además, los experimentos realizados en su mayoría han sido en macetas y en mezclas de sustratos o suelo disturbado (Maldonado et al., 2011; Idrobo et al., 2010; Najafi et al., 2013; Jankowski et al., 2011) lo cual puede tener un comportamiento diferente al aplicarlo en el campo directamente. Fonteno y Bilderback (1993) afirman que la efectividad del hidrogel está determinada por el tipo de suelo o sustrato, básicamente por su porosidad. Barón et al. (2007) mencionan que el hidrogel modifica la dinámica hidráulica del suelo. Orikiriza et al. (2013) identificaron que el hidrogel provocó una mayor supervivencia de Picea abies, Pinus sylivestris y Fagus sylvatica en suelos arenosos.
De igual forma, frecuentemente se relaciona el hidrogel con el manejo del recurso hídrico en los cultivos, en lo referente al intervalo de riego (Wadas et al., 2010; Yazdani et al., 2007) en especial en el establecimiento de cultivos forestales (Hüttermann et al., 1999; Al-Humaid and Moftah, 2007; Agaba et al., 2010). Sin embargo, también hay estudios que demuestran que la presencia del hidrogel no influye significativamente. Wang (1989) al estudiar la aplicación de hidrogel en Codiaeum variegatum encontró que no existe un crecimiento diferente comparado con el control; sin embargo, si evita su marchitamiento. Geesing y Schmidhalter (2004), indican que la aplicación de hidrogel no muestra ningún beneficio en la supervivencia o el crecimiento de Triticum aestivum. Esta variación de criterios hace creer que existen aspectos no considerados al momento del uso de hidrogel en los cultivos. Entre ellos esta área o volumen de humedecimiento (bulbo húmedo) que provoca el hidrogel en el suelo, lo cual sería necesario para saber la ubicación del producto en el suelo. Las raíces de las plantas pueden ampliar su sistema radicular con mayor volumen de humedad en el suelo, lo que permitiría hacerlo más eficiente, incluso cuando se coloca el producto de forma localizada en los cultivos. Con este antecedente, el objetivo fue determinar el volumen de humedecimiento del hidrogel en diferentes diámetros y tipos de suelos.
2. Materiales y Métodos
2.1 Material experimental
El estudio se realizó en el Laboratorio de suelo y agua de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí, Chone-Ecuador. Se utilizó como material experimental al hidrogel tipo agrícola NewGel G, distribuido por Marketing del Ecuador y fabricado por Whidden Industrial Park, el mismo que presenta la siguiente composición: Polímero de Acrilamina de potasio al 99,9% y potasio 0,01%. Se utilizó suelo de origen fluvial (Mollic Udifluvent.) y coluvial (Vertic Hapluodoll). Se realizó un análisis de textura por el método de pipeteo para separar las partículas de arena limo y arcilla y la clasificación textural por el triángulo de textura (Moorberg y Crouse, 2017). Se utilizaron para el estudio tres clases texturales: a) arcilloso (arcilla 52%; limo 32%; arena 16%); b) franco arcilloso limoso (arcilla 36%; limo 56%; arena 6%) c) franco arenoso (arcilla 12%; limo 32%; arena 56%).
2.2 Manejo experimental
Para la ejecución del experimento se utilizó un recipiente trasparente (vidrio) que permitió visualizar la humedad que provocaba el hidrogel en el suelo. Este mismo tuvo una capacidad de 0,027 m3 con dimensiones de 0,30 m en todos sus lados. En el cual se colocaron las muestras de los diferentes tipos de suelo. Las muestras de suelo fueron tomadas y secadas previa la colocación en los recipientes.
2.3. Volumen de humedecimiento
Para medir esta variable se utilizó hidrogel previamente hidratado según lo recomendado por Rivera y Mesías (2018), quienes sugieren 100 mL de agua por cada gramo de hidrogel. Posteriormente se colocó en orificios que poseían los siguientes diámetros 4,7; 7,0 y 10,5 cm y a una profundidad de 15 cm, de los cuales 10 cm fueron ocupados dejando 5 cm de suelo que cubrían al producto. Posteriormente se dejó por 24 horas al ambiente sin protección de los rayos solares. Se medió la distancia del humedecimiento desde los bordes del producto hasta los cambios de tonalidad oscura provocada por la humedad del hidrogel en el suelo, obteniendo el diámetro (cm), longitud (cm) y el volumen (cm3); se calculó ajustando los valores a la ecuación de un cilindro (1), obteniendo un volumen inicial de 173,5; 384,8 y 866 cm3 .
Donde, V es el volumen en cm3, r es la radio delorifico (cm) y h es la longitud (cm) del orificio contenidocon hidrogel.
2.4. Humedad del suelo
El porcentaje de humedad se midió antes y después (24 horas) de aplicado el hidrogel. Se tomó la muestra de la sección del suelo humedecida por el hidrogel y por gravimetría se determinó el porcentaje de humedad. Se determinó el incremento de la humedad, tomando en cuenta la humedad inicial del suelo y la humedad final. Este procedimiento se llevó a cabo en cada tipo de suelo y por triplicado.
2.5. Hidratación del hidrogel en el suelo
Para estimar la hidratación del hidrogel en el suelo, se colocó 2 g de hidrogel sin hidratar en un tamiz Nº 60, al cual se ubicó en suelo seco de los diferentes tipos suelo en estudio. Con este procedimiento se evitó que se disperse el hidrogel al momento de hidratarse y medir su hidratación. Posteriormente se aplicó agua suficiente simulando el riego por superficie y goteo, hasta lograr el suelo a capacidad de campo. Después de una hora de aplicado el agua de riego se retiró el tamiz con hidrogel y se separó el hidrogel hidratado del suelo, se pesó y estimó el porcentaje de hidratación, en comparación con la hidratación en agua libre.
3. Resultados y Discusión
3.1 Volumen de humedecimiento del suelo
En la Tabla 1 se pueden apreciar los parámetros finales de la sección humedecida del suelo en los diferentes suelos. Se observa que el diámetro final de humedecimiento está en función del diámetro inicial, con cierta tendencia a aumentar mientras mayor sea el diámetro inicial. La longitud varió debido a un aumento del humedecimiento de la parte inferior del bulbo inicial; en la parte superior no presentó un aumento considerable, el mismo que fue depreciable. El aumento en la parte inferior tuvo menor variación con respecto al diámetro, aumentando hasta 4,7 cm en el suelo franco arenoso. Estos parámetros evidencian el movimiento del agua vertical y horizontal en el suelo, el mismo que está directamente relacionado con la característica textural del suelo, lo cual fue evidente al evaluar esta variable en los diferentes suelos.
Por otro lado, el volumen final tuvo un aumento considerable y el mismo estuvo en función del tipo de suelo, siendo el suelo franco arenoso el de mayor humedecimiento, coincidiendo con lo mencionado por Rivera y Mesías (2018), quienes relacionan el comportamiento del hidrogel con la textura del suelo y esta a su vez con la superficie especificada del suelo (Ruiz et al., 2016) que también depende de la textura del suelo. Narjary et al. (2012), mencionan que el hidrogel suele ser más eficiente en suelo arenosos que en suelos pesados.
Los suelos arenosos tienen una mayor facilidad para la infiltración del agua en comparación con los suelos pesados, de manera que se puede deducir que el agua contenida en la cápsula de hidrogel, cuando pasa al suelo, tiene un comportamiento similar al aplicar agua de riego, con la diferencia que las cantidades de agua contenidas en el hidrogel son pequeñas comparadas al riego tradicional y que esta entrega de agua al suelo ocurre cuando el suelo ejerce una alta presión matricial y cuando el suelo tiene menor humedad, lo cual es consistente debido a que el menor contenido de humedad inicial (franco-arenoso) lo presentó el suelo de mayor volumen de humedecimiento. No obstante, esta conjetura debe ser corroborada en experimentos diseñados para este fin, dado que no fue considerado en esta investigación. Por otro lado, el volumen inicial es directamente proporcional al volumen de humedecimiento, aunque esta condición solo se cumplió en el suelo franco arenoso y arcilloso (Figura 1 y 3), en cambio el suelo franco arcilloso limoso no presentó una tendencia (Figura 2).
Tabla 1. Promedios de los parámetros finales del orifico donde se colocó el hidrogel en los diferentes suelos.
Es necesario tener en claro que la determinación del bulbo húmedo formado por el hidrogel es importante para decidir dónde colocar el producto en función del sistema radicular, con el fin de estimar la cantidad de hidrogel a aplicar y el diámetro y profundidad del orificio donde se pretenda colocar el hidrogel para que las raíces puedan captar agua para su desarrollo.
3.2 Humedad del suelo
El porcentaje de humedad de la zona de humedecimiento del suelo se presenta en el Tabla 2, donde se observa que el incremento de la humedad es de alrededor de 14% sin importar el tipo de suelo. Estos valores son similares a los encontrados por Rivera y Mesías (2018) aunque difieren en el suelo franco donde el incremento que encontraron fue de 17,4%. Con esta tendencia se podría sugerir un incremento del 14% de la humedad del suelo en un suelo seco. Es posible que el suelo, al tener baja humedad, refleje de mejor manera la humedad del suelo por la acción del hidrogel, por tanto, en necesario realizar estudio con diferentes niveles de humedad del suelo.
3.3 Hidratación del hidrogel en el suelo
La hidratación del hidrogel del suelo es menor al del porcentaje de la hidratación en agua (Figura 4), apenas llega al 42% con respecto a la hidratación en agua. De manera que si se pretende colocar el hidrogel en el suelo sin previa hidratación se debe tener en cuenta su capacidad de hidratar al suelo y por ende a la planta.
Este porcentaje de hidratación responde independientemente del tipo de riego que se realice. La información referente a esta hidratación del hidrogel en el suelo no está definida en la literatura científica, aunque se recomienda ampliamente en los cultivos, principalmente en los forestales. El hecho que no se hidrate en igual proporción que la hidratación que sucede en agua libre indica que es posible que el suelo realice una resistencia, logrando que el hidrogel no se expanda normalmente y por ende no absorba el agua a plenitud.
4. Conclusiones
El volumen de humedecimiento del hidrogel ocurre en función del tipo de suelo y del volumen inicial del hidrogel en el suelo. Con un comportamiento exponencial, el suelo franco arenoso presenta mayor facilidad para formar un mayor bulbo húmedo a diferencia de los demás suelos. La zona humedecida por el hidrogel tiene un incremento de la humedad alrededor del 14% con respecto al contenido inicial, indiferente del tipo de suelo, con la posibilidad de llevar al suelo a capacidad de campo.
Al aplicar hidrogel sin hidratar en el suelo, éste no podrá hidratarse con la misma magnitud que en agua libre, debido a que el suelo ejerce presión y dificulta que la partícula de hidrogel se hidrate normalmente. En todos los suelos se logró una hidratación del 42% con respecto a la hidratación en agua libre. Es importante considerar que el conocer el comportamiento del hidrogel en el suelo optimizará su uso, por tanto, se deben considerar estudios sobre su estabilidad, rehidratación y duración en el suelo con cultivos en producción.
