PRODUCCION DE BIOMASA EN TRES SISTEMAS DE SERIE DE  PLANTAS ACUATICAS FERTILIZADAS CON RESIDUAL PORCINO

Yamilet Molinet1 y P. L. Domínguez2.

1 Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes

Carretera 43 km 1 1/2. Cangrejeras

La Habana, Cuba

2 Instituto de Investigaciones Porcinas

Gaveta Postal No.1, Punta Brava

La Habana, Cuba

RESUMEN

El  crecimiento de tres especies acuáticas Eichhornia  crassipes, Spirodela  polyrrhiza  y  Azolla (policultivo)  fertilizadas  con aguas  residuales de instalaciones porcinas se  llevó  a  cabo  a través   de tres  sistemas  de  serie  de  plantas   acuáticas, diferenciándose  éstos por la disposición de  las  plantas.  Este crecimiento fue analizado en términos de máximo valor de la  tasa de crecimiento relativo (TCR), la tasa de crecimiento del cultivo (TCC)  y  biomasa máxima. En todas las plantas, excepto  para  la Azolla  correspondiente al primer sistema, el valor más  alto  de TCR  (BF)  se  obtuvo en la primera semana y de ellas  el  máximo correspondió  a S. polyrrhiza (2.8). El TCR máximo  coincidió  en todos   los casos   con   la   menor   densidad   y   disminuyó exponencialmente  con el incremento de la misma.  El  máximo  TCC (BS)  fue  medido para E. crassipes con densidades entre 4.0-6.53 kg/, para S. polyrrhiza osciló entre 0.25-0.70 kg/ y para  la Azolla se obtuvo entre 1.0-1.89 kg/. La máxima biomasa para  E. crassipes, S. polyrrhiza y Azolla ocurrió en la 12, 4 y 3 semanas de establecidos los sistemas, respectivamente.

 

PALABRAS CLAVES: plantas acuáticas, Azolla, Spirodela polyrrhiza, Eichhornia crassipes, tasa de crecimiento,biomasa

 

SUMMARY

 

PRODUCTION OF  BIOMASS IN THREE SERIAL SYSTEMS OF AQUATIC  PLANTS FERTILIZED WITH SWINE SLURRY

 

The  growth  of  the  three aquatic plants Eichhornia  crassipes, Spirodela  polyrrhiza  and Azolla (polyculture)  fertilized with slurry from swine facilities  was  carried  out  in three serial systems  of  aquatic  plants  which  are  different  due  to the disposition  of  the  plants.  This growth was analysed in  some aspects such  as:  maximum  value of the  relative  growth  rate (RGR), the  crop  growth  rate (CGR)  and  maximum biomass.  The highest value of RGR (fresh wt) was obtained in all plants except for the Azolla of the  first  system in  the first week and among these the maximum  was  for S. polyrrhiza (2.8).  The maximum RGR agreed in all cases with  the  lowest  density and  decreased its exponent with its increase. The maximum CGR (DB) was measured for E.  crassipes  with  densities  between  4.0-6.53  kg/m², for S. polyrrhiz it fluctuated between 0.25-0.70 kg/m² and for Azolla it was obtained between 1.0-1.89 kg/m².  The maximum biomass for E. crassipes, S. polyrrhiza  and Azolla took place on the 12th, 4th and 3rd week after establishing the systems.

 

KEY WORDS: aquatic    plants,   Azolla,   Spirodela    polyrrhiza, Eichhornia crassipes, growth rate, biomass.

 

INTRODUCCION


 

En los últimos años se han promovido alternativas de sistemas de descontaminación menos costosos para el tratamiento de las  aguas residuales. Dentro de estas aguas los residuales porcinos  ocupan una  atención  especial por ser altamente contaminantes.  Una  de estas alternativas lo constituye las plantas acuáticas que por su alta  productividad,  valor nutritivo (PB 18-32%)  (Bytniewska  y Maciejewska-Potapczyk 1980, Lumpkin y Plucknett 1982) y capacidad de  extracción de nutrientes las convierten en un potencial  para fines  descontaminantes y de producción de  biomasa  (Boyd  1976, Shipalipour et al 1981, Reddy y DeBusk 1985). Tal material  puede usarse  como  parte  del  suplemento proteico  de  la  ración  de animales  de  granja o como abono verde (Haustein  et  al  1990). Mediante  este  sistema de tratamiento de  residuales  basado  en plantas  acuáticas  se logra el reciclaje y rescate  de  recursos renovables.

Durante  años se han realizado estudios de producción de  biomasa en diferentes efluentes y medios enriquecidos de nutrientes. Esta temática se puede aplicar a efluentes de centros porcinos, así se logra reciclar una parte del nitrógeno dietético no asimilado por el cerdo en el proceso de digestión y que generalmente se destina a lagunas de oxidación.

El  propósito de este trabajo fue determinar y comparar el  grado de  crecimiento  y  desarrollo  de tres  especies  de  macrofitas flotantes  cultivadas  en residuales porcinos  en  tres  sistemas diferentes de descontaminación.

 

MATERIALES Y METODOS

El   trabajo  se  realizó  en  la  instalación  experimental  del Instituto  de  Investigaciones Porcinas,  en  Punta  Brava.  Está compuesta esencialmente por un sedimentador y nueve estanques  de 1.9  m2  dispuestos en tres sistemas con tres niveles o  cascadas cada  uno.  La instalación fue alimentada con residual procedente del efluente primario de las naves porcinas aledañas.

Cada  sistema  independiente recibió un mismo flujo  de  residual (17%) que fue suministrado diariamente, esto equivale a un tiempo de  retención de seis días, desde el primer nivel hasta el tercer nivel.  El residual fluyó desde el tanque sedimentador al  primer nivel  de cada sistema por gravedad y así sucesivamente hasta  el último nivel.

El   diseño  que  se  utilizó  fue  el  modelo  jerarquizado.  La disposición  de las plantas fue diferente para cada  sistema:  I­jacinto  de  agua  - S. polyrrhiza- Azolla, II- S.  polyrrhiza  ­jacinto  de aguaAzolla, III - jacinto de agua- S. polyrrhiza-  S. polyrrhiza;  así  como   la densidad inicial  para  cada  especie jacinto de agua: 2.11 kg/, Spirodela: 0.25 kg/ y Azolla:       1.0 kg/.

Durante  todo  el  experimento  (19 semanas/agosto-diciembre)  se realizaron pesajes de la biomasa a intervalos semanales y el peso fresco  fue  medido después de un drenaje previo  para  medir  el crecimiento y la productividad de las plantas. Cuando las  mismas alcanzaron  la  etapa  estacionaria  o  comenzaron  a   demostrar senescencia fueron cosechadas.

Detalles  de las condiciones ambientales en que fueron cultivadas las   plantas   son  expuestos  en  la  tabla  1.  Estas   cifras correspondieron a los valores diarios obtenidos en las mediciones realizadas durante las horas de mayor iluminación. La temperatura y  la humedad fueron medidas con un termohigrómetro de campo,  la iluminación se midió con un luxímetro y el ph fue medido  con  un peachímetro  de campo. Los datos de precipitación  y  evaporación fueron  tomados de la Estación Meteorológica más cercana, situada a  4  1/2  km en  el Instituto de Investigaciones  de  Pastos  y Forrajes.

 

Tabla      1. Condiciones ambientales

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                                                Minimo                  Maximo                  Media

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Temperatura,°C                    21.6                        34.9                         28.3

Iluminación,lux                     250                          4450                        3169


                                                (8:30am)                 (1:00pm)

Humedad Relativa,%           50.1                         97.8                        74.7

pH                                           6.7                             9.2                         8.0

Precipitación,mm                  0.3                           80.8                        14.2

Evaporación,mm                   1.1                             9.9                         5.1


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RESULTADOS Y DISCUSION

 

MAXIMA TASA DE CRECIMIENTO RELATIVO SEMANAL

La tasa de crecimiento  relativo  semanal (TCR) es definida  como (x2x1)/x1 donde x1 y x2 son las biomasas en las semanas t1  y  t2 (t2>t1)  (Watanabe  y  Berja  1983).  Estos  valores  máximos  se obtuvieron  en la primera semana en todos los casos excepto  para la  Azolla del sistema I, donde ocurrió en la segunda semana.  El resultado es resumido para cada especie en los distintos sistemas en la tabla               2.

Tabla      2. Valor máximo de la tasa de crecimiento relativa (BF)g/g/semana

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Sistema

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Nivel                                                                       I               II             III

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                                                Media                     0.94         2.8           0.90

                                1              DE +/-                     0.62         0.14         0.56

                                                CV                           0.39         0.02         0.31

                                                Min-max                 0.5-1.38     2.64-2.92     0.50-1.29


                                                                                J1            S2            J

                                                Media                     2.31         0.87         2.04

                                2              DE +/-                     0.05         0.87         0.45

                                                CV                           0.002       0.76         0.20

                                                Min-max                 2.28-2.36     0.25-1.48     1.52-2.32

                                                                                S              J              S

                                                Media                     0.35         0.48         1.75

                                3              DE +/-                     0.17         0.37         0.65

                                                CV                           0.03         0.14         0.43

                                                Min-max                 0.15-0.45     0.05-0.73     1.00-2.24

                                                                                A3           A             S


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1 Jacinto de agua

2 Spirodela polyrrhiza

3 Azolla

Lumpkin  y Plucknett (1982) obtuvieron en condiciones de  campo en  China, tasa máximas de  crecimiento de 1.01-1.30 g/g/semana. Por  otra  parte,  Watanabe y  Berja (1982)  informaron  valores medios  más  altos  que  los  obtenidos de  3.2, 4.6  y  5.1  g/  g/semana en condiciones similares  de temperatura. Una razón por la cual los valores  obtenidos  en  Azolla  son  más  bajos  que los  referidos  anteriormente,  es  debido  a  que  durante   el experimento el policultivo de  Azolla  fue  afectado por el hongo Rizoctonia.   En estudios  realizados  en Lemna, Guy et al (1990) obtuvieron cifras  comparables  a  las  alcanzadas de  1.75  g/g/ semana en Israel, a temperaturas de 22-25°C seguido de  un rápido declive con el aumento de la temperatura.  Rejmankova (citada por Hillman y Culley 1978)  logró  valores  de  1.54 g/g/semana  para Lemna gibba en estanques  en  Checoslovaquia. En  Louisiana,  una mezcla  de S. polyrrhiza y S. olygorhiza con residual vacuno tuvo tasas de            5.0 - 25.0 g/g/semana (Culley  et al citados por Hillman y Culley 1978).  Hay que destacar que la Lemna presentó una  alta TCR si lo comparamos con dos de  las plantas  terrestres  de  más rápido crecimiento, el maíz  y el  Amaranthus viridis, las cuales presentan  tasas de 2.3 y        2.6 g/g/semana respectivamente (Hillman y Culley 1978).

 

Teniendo  en  cuenta que la TCR caracteriza la eficiencia  de  una población a bajas densidades, los máximos valores fueron obtenidos a la más baja densidad; después las poblaciones decrecieron exponencialmente  con  el  incremento  de  la  misma   y   de   la productividad, como se muestra en las figuras 1a y 1b.

@FIG16.FIG(Figura1a)

@FIG17.FIG(Figura1b)

Sin  embargo,  la  TCR  no es una medida  de  la  magnitud  de  la producción  de  materia seca por una planta en un  cierto  período (Godard  et  al  1993) además, las condiciones  climáticas  y  las características de crecimiento de cada planta influyen en la TCR y la producción de biomasa.

Maxima tasa de crecimiento del cultivo La tasa de crecimiento del cultivo (TCC) es la cantidad de biomasa producida en un área en una unidad de tiempo, Bf-Bi/<>t, donde  Bf y        Bi son las biomasas final e inicial en el tiempo:<>t (Guy et al 1990). La TCC expresa un estimado mejor del potencial real de  las plantas  y  predice  el comportamiento de una  población  a  altas densidades.  Este  criterio es el más  indicado  a  utilizar  para conocer los máximos valores de productividad de las plantas. En la tabla 3 se ofrecen los resultados obtenidos.

 

Tabla 3 . Valor  máximo  de  la tasa de crecimiento del cultivo, gMS//d

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                                                                Sistema

Nivel                                       I               II           III

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                1                              25.7         4.7          22.1

                                                J1            S2            J

                2                              4.0           28.3       3.7

                                                S              J            S

                3                              3.7           4.0         3.0

                                                A3           A         S

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Densidades en las cuales se obtuvo TCC:

1Jacinto de agua: 4.0-6.53 kg/


2Spirodela polyrrhiza: 0.25-0.70 kg/ 3Azolla: 1.0-1.89 kg/

De los tres sistemas la Lemna perteneciente al sistema II demostró una   productividad  ligeramente  superior  en  relación  con  las obtenidas  en los sistemas I y III. Este comportamiento es  lógico ya  que  en  el  sistema II la Lemna recibe un  residual  rico  en nutrientes sin pasar por otras plantas, por lo que se infiere  que esta planta es capaz de asimilar altas  cargas de residual. En  el caso  de  la Lemna del sistema III ubicada en el tercer  y  último nivel,   el  residual  que  llegó  a  este  presentó  una  pobresa nutricional  observada en el cambio de coloración  del  agua.  Sin embargo,  la  productividad  obtenida es  comparable  con  valores obtenidos por Guy et al (1990) para Spirodela polyrrhiza  de 4.29 g//d  en  densidades similares (0.45-0.70  kg//d),  3.21-  5.0 g//d para Lemna gibba y 2.71 g//d para Lemna minor.

En  cuanto  a la Azolla, las cifras resultantes no difieren  entre sí, siendo similares las productividades obtenidas en los sistemas I y II, lo que sugiere plantear que no afectó el orden establecido para S. polyrrhiza y el jacinto de agua en los niveles 1 y 2 en la producción de materia seca de la Azolla.

Por  otra  parte  Taheruzzaman y Prosad (1988) obtuvieron  en  las aguas  contaminadas del río Ganga una producción de  materia  seca promedio de 1.84 g//d considerada como alta. Godard et al (1993) obtuvieron en condiciones de laboratorio un valor promedio  de  58 g//d con un mínimo de 9 g//d.

Se  puede considerar que los valores de productividad del  jacinto de  agua  en  los tres sistemas son altos si se comparan  con  los citados  por De Oliveira (citado por Gopal 1987) quien estudió  la producción  tanto  en condiciones de laboratorio  como  de  campo, reportando  una productividad máxima de 25.3 g//d, mientras  que Soto  y  Kondo (citados por Gopal 1987) obtuvieron el mismo  valor máximo  para plantas cultivadas en soluciones nutrientes en Japón. Lallana  (citado por Gopal 1987) obtuvo una tasa  diaria  de 5.01 g//d en condiciones de campo en Santa Fe (Argentina).

Biomasa máxima

Las  figuras 2, 3 y 4 muestran los valores máximos de  biomasa  de cada una de las especies en los tres sistemas.

@FIG14.FIG(Figura2)

En   Azolla,  en  ambos  sistemas  (I-II)  las  biomasas   máximas alcanzadas fueron iguales. Ello equivaldría a una producción anual de 26.0 tMS/ha. Esto es superior a lo indicado por Taheruzzaman  y Prosad  (1988)  para la Azolla cultivada en el río Ganga  con  una producción de 6.73 tMS/ha/año .

@FIG15.FIG(Figura3)

Para  la  Lemna los valores obtenidos se estimaron en un rango  de 11.9-12.3  tMS/ha/año.  Edwards  et  al  (1992)  estimó  para  S. polyrrhiza 9.2-21.4 tMS/ha/año en serie de estanques de 200 m2  en período  de tiempo similar, pero en experimentos de seis meses  de duración  la  extracción principal fue reducida  a  9  tMS/ha  año (Edwards 1987)

@FIG11.FIG(Figura4)

En  el  jacinto  de  agua  los  valores  son  equivalentes  a  una producción anual de 39.4-48.1 tMS/ha. Producciones menores  fueron estimadas por Bates y Knipling et al (citados por Gopal  1987)  de 8.63  y  24.9 tMS/ha/año respectivamente; sin embargo,  resultados similares a los de este experimento fueron informados por Penfound y Earle (citados por Gopal 1987 de 30-45 tMS/ha/año. Por su parte, Boyd (1976) asumiendo  a 12 meses la producción de biomasa reporta 65.2 t MS/ha en estanques enriquecidos de nutrientes en de Auburn, Alabama. Es  recomendable la utilización y extensión de cualquiera de los tres  sistemas  de  plantas  acuáticas  estudiados  para la producción de alimento de alto valor proteíco con  la consiguiente descontaminación  de los residuales provenientes de  instalaciones porcinas.

 

AGRADECIMIENTOS

Los  autores  desean expresar su agradecimiento  a  Edilia  Avila, Rigoberto Ilisastigui y Carlos Díaz por su asistencia técnica.

 

BIBLIOGRAFIA

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Godard P J, T A Lumpkin y C Van Hove, 1993.   A Functional Model Model  for  Optimizing  and  Comparing  the Productivity of Azolla Lam. strains. Final Draft to be Submitted to the New Phytologist. 22 p.

 

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Haustein AT, RH Gilman, PW Skillicorn, V Vergara, V Guevara y A Gastañaduy, 1990.  Duckweed, a useful strategy for feeding chickens:  performance  of layers  fed with sewage - grown Lemnacea species. Poultry Science 69:1835-1844

 

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