Aprovechamiento de residuos forestales en forma de biocarbón como alternativa agroecológica para la producción de madera de calidad de Acacia mangium Willd

Abstract

El objetivo de esta tesis de doctorado fue el de encontrar alternativas económicamente viables para el aprovechamiento de residuos provenientes de podas y entresacas de agroecosistemas forestales y su conversión a posibles materiales que funcionen como acondicionadores o enmiendas de suelos, para mejoramiento de rendimiento y calidad del producto maderero. Para lograr este objetivo se evaluó, particularmente, los efectos del biocarbón derivado de residuos de podas y entresacas de árboles de Acacia mangium Willd, sobre el establecimiento de una plantación de esta misma especie. Para llevar a cabo dicho objetivo se establecieron ensayos en invernadero y campo donde se evaluaron variables físicas, químicas y biológicas del sustrato y atributos morfológicos de las plantas para evaluar los efectos del biocarbón. Este experimento utilizó diferentes diseños experimentales, como el anidado en arreglo completamente al azar, medidas repetidas y el de superficies de respuesta. En estos diseños se realizaron evaluaciones comparativas entre la interacción de un biocarbón proveniente de residuos de madera de A. mangium (BAM) y un fertilizante sintético –FS- (triple 15), actuando solos o en forma combinada (BAM + FS) en condiciones de maceta o campo, con 3 niveles de dosis para el BAM– 0, 40, y 80 ton·ha-1 y 3 niveles para el FS; aplicación al 0% 50% y 100%. Por medio del ejercicio comparativo de la estadística, se evaluaron tanto diferentes variables físicas y químicas del suelo, como variables de rendimiento y calidad de madera en las plantas, para determinar los mejores niveles de dosis de los tratamientos. Asimismo, se planteó un modelo económico de costo beneficio con la aplicación de los residuos convertidos a biocarbón en el agroecosistema planteado. Los resultados mostraron un aumento por arriba del 130% en la medición del Índice de Calidad de Dickson (ICD) en plántulas con BAM + FS. Igualmente se presentó un incremento en la disponibilidad de nutrientes como N, K, P y Ca mayor al 30%. Asimismo se mejoraron otras propiedades químicas como el pH, la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y el contenido de materia y carbono orgánico por encima del 100% con la adición de la mezcla BAM + FS. La medición de nódulos en las raíces de las plántulas permitió observar un aumento por arriba del 25% en la actividad microbial de la rizosfera del sustrato. No se encontraron diferencias significativas con la aplicación del biocarbón en la medición de las variables de agua disponible y retención de agua en el sustrato. En la evaluación en campo se encontraron incrementos con la aplicación de BAM + FS y solo BAM, en la retención y disponibilidad de agua en el suelo del orden del 46 y del 242% respectivamente. De igual manera, en las propiedades químicas se aumentó la disponibilidad de nutrientes tales como N (85%), Ca (715%), Mg (348%) K (561%) y Mn (225%). En la CIC se halló un incremento del 110% cuando se aplicó BAM + FS. De otro lado los porcentajes de carbono y materia orgánica se aumentaron en niveles de 63,8 y 71,2% respectivamente con la adición de la mezcla BAM + FS. Asimismo se encontró un mayor rendimiento y volumen con la aplicación de BAM + FS en un orden de 350% y 556% respectivamente. Tanto las plántulas como las plantas presentaron un comportamiento positivo en su fisiología con la inclusión del biocarbón en el sustrato y el suelo. Los óptimos para un volumen de 8566.9 cm3 de madera de los árboles de A. mangium, según el análisis de superficie de respuesta, fueron 63,1 ton·ha-1 para BAM y 84,4% para FS. La incorporación de residuos estabilizados, como el biocarbón, es viable como alternativa ambiental y económica en el agroecosistema en estudio. En el análisis financiero se halló una tasa interna de retorno (TIR) de 6 puntos porcentuales con la aplicación del óptimo obtenido con la superficie de respuesta en comparación con la fertilización convencional en la plantación. De igual manera se incrementó la relación beneficio-costo (R (B/C)) en un 59% al 12% y 70% al 5% con respecto a la plantación estándar o convencional. La incorporación de biocarbón es viable como alternativa ambiental y económica en el agroecosistema en estudio. (Texto tomado de la fuente).

The objective of this doctoral thesis was to find economically viable alternatives for the use of residues from pruning and thinning of forest agroecosystems and their conversion to possible materials that function as conditioners or soil amendments, to improve performance and quality of the wood product. In order to achieve this objective, the effects of biochar derived from pruning and thinning residues of Acacia mangium Willd trees on a plantation of the same species were evaluated. To carry out this objective, greenhouse and field trials were established where physical, chemical and biological variables of the substrate and morphological attributes of the plants were evaluated to evaluate the effects of biochar. This experiment used different experimental designs, such as the one nested in a completely random arrangement, repeated measurements and the one of response surfaces. In these designs, comparative evaluations were made between the interaction of a biochar coming from wood residues of A. mangium (BAM) and a synthetic fertilizer -FS-(triple 15), acting alone or in combined form (BAM + FS) in pot or field conditions, with 3 dose levels for BAM-0, 40, and 80 ton-ha-1 and 3 levels for FS; application at 0% 50% and 100%. By means of the comparative exercise of the statistics, different physical and chemical variables of the soil were evaluated, as well as variables of yield and quality of wood in the plants, to determine the best dose levels of the treatments. In addition, an economic cost-benefit model wasproposed for the application of waste converted to biochar in the proposed agroecosystem. The results showed an increase of over 130% in the measurement of the Dickson index (ICD) in seedlings with BAM + FS. There was also an increase in the availability of nutrients such as N, K, P and Ca greater than 30%. Other chemical properties such as pH, cation exchange capacity (CIC), organic matter, and carbon content above 100% were also increased with the addition of the BAM + FS mixture. The measurement of nodules in the roots of the seedlings showed an increase of over 25% in the microbial activity of the rhizosphere of the substrate. No significant differences were found with the application of biochar in the measurement of available water variables and water retention in the substrate. In the field evaluation, increases were found with the application of BAM + FS and only BAM, in the retention and availability of water in the soil of the order of 46 and 242% respectively. Similarly, the availability of nutrients such as N (85%), Ca (715%), Mg (348%), K (561%) and Mn (225%) was increased in the chemical properties. In the CIC, an increase of 110% was found when BAM + FS was applied. On the other hand, the percentages of carbon and organic matter were increased in levels of 63.8 and 71.2% respectively with the addition of the mixture BAM + FS. A higher yield and volume was also found with the application of BAM + FS in the order of 350% and 556% respectively. Both seedlings and plants showed a positive behavior in their physiology with the inclusion of biochar in the substrate and soil. The optimum for a volume of 8566.9 cm3 of wood from A. mangium trees, according to the response surface analysis, were 63.1 ton-ha-1 for BAM and 84.4% for FS. The incorporation of stabilized residues, such as biochar, is viable as an environmental and economic alternative in the agroecosystem under study. In the financial analysis an internal rate of return (IRR) of 6 percentage points was found with the application of the optimum obtained with the response surface in comparison with the conventional fertilization in the plantation. Similarly, the benefit-cost ratio (R (B/C)) was increased by 59% to 12% and 70% to 5% with respect to the standard or conventional plantation. The incorporation of biochar is viable as an environmental and economic alternative in the agroecosystem under study.