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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE
INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
TESIS
EFECTO DE LA INTENSIDAD LUMÍNICA DE DIODOS EMISORES DE LUZ Y
DEL FOTOPERIODO EN LA PRODUCCIÓN DE FORRAJE VERDE
HIDROPÓNICO DE MAÍZ (Zea mays) Y UTILIZACIÓN DE AGUA
AUTOR: Lenin Vladimir Fabián Medina
ASESOR: Víctor Vásquez Villalobos, Dr. Ing.
COASESOR: Pedro Luján Salvatierra, M. Sc., Ing.
TRUJILLO – PERÚ
2017
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
EFECTO DE LA INTENSIDAD LUMÍNICA DE DIODOS EMISORES DE LUZ Y DEL
FOTOPERIODO EN LA PRODUCCIÓN DE FORRAJE VERDE HIDROPÓNICO DE MAÍZ
(Zea mays) Y UTILIZACIÓN DE AGUA
EFFECT OF THE LUMINIC INTENSITY OF LIGHT EMITTING DIODES AND PHOTOPERIODE IN THE PRODUCTION OF GREEN HYDROPONIC
FORAGE OF MAIZE (Zea mays) AND USE OF WATER
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO AGROINDUSTRIAL
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
FABIAN MEDINA, LENIN VLADIMIR
SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL HONORABLE JURADO:
PRESIDENTE : M. Sc. Julio Rojas Nacha ________
SECRETARIO : M. Sc. Alexander Sánchez Gonzales _________
MIEMBRO : Dr. Ing. Víctor Vásquez Villalobos _________
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DEDICATORIA
A Dios por estar siempre conmigo, guiar mi camino darme fuerza para vencer los obstáculos
con los anhelos de alcanzar mis sueños y metas.
A mis padres por su gran esfuerzo y dedicación, y por hacer de mí un hombre de bien, a ti
hermana gracias por formar parte de esta travesía.
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AGRADECIMIENTOS
Un agradecimiento muy especial a mi asesor, por su
disponibilidad, atención, apoyo y guía constante durante
la ejecución y culminación del presente trabajo de
investigación para que este llegue a buen término, Dr.
Víctor Vasquez Villalobos.
A la Escuela de ingeniería Agroindustrial, a todos los
docentes que me apoyaron, por haberme brindado todas sus
enseñanzas y consejos durante estos años de formación
académica, porque forme parte de la Universidad Nacional
de Trujillo.
A mis amigos por la amistad, apoyo y experiencias ganadas a lo largo de todo este tiempo que pasamos
en las aulas de esta prestigiosa universidad.
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INDICE
Dedicatoria
Agradecimiento
Índice general
Resumen
Abstract
1. Introducción
2. Materiales y métodos
2.1. Materiales
2.2. Equipos
3. Resultado y discusión
4. Conclusiones
5. Recomendaciones
6. Referencias Bibliográficas
iii
iv
v
vi
vii
1
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4
7
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RESUMEN
Se evaluó el efecto de la intensidad lumínica de diodos emisores de luz (LED) y
del fotoperiodo en la producción de forraje verde hidropónico FVH de maíz (Zea
mays) variedad amarilla y utilización de agua, utilizando diseño compuesto
central rotable (DCCR) y metodología de superficie de respuesta (MSR). Se
utilizó para la producción del FVH un soporte metálico regulable de tres (03)
niveles con bomba centrífuga para recircular el agua cada dos (02) horas por un
(01) minuto de riego por gravedad e inundación, asimismo dos (02) focos LED
blancos y dos (02) temporizadores para el control del tiempo del funcionamiento
de la bomba y de los focos.
Se realizaron once (11) tratamientos en bandejas, con una densidad de siembra
de 0.5 g de semillas/cm2 (5 kg/m2). Con una bandeja adicional (control) con luz
natural indirecta bajo sombra. El resto de cultivos igualmente se colocaron bajo
luz natural indirecta bajo sombra. Los 11 tratamientos fueron iluminados con luz
LED durante 12 horas de oscuridad. Los resultados mostraron que no existe una
relación adecuada que permita la utilización de un modelo estadístico para
evaluar el efecto de la intensidad lumínica de diodos emisores de luz (LED) y del
fotoperiodo, en la producción de biomasa de FVH de maíz. Por lo que se
recomienda realizar cultivos hidropónicos con iluminación natural, sin variar el
fotoperiodo con utilización de luz LED blanca con FVH de maíz. Asimismo, se
determinó que existe relación que permite la utilización del modelo estadístico
para evaluar, el efecto de la intensidad lumínica de diodos emisores de luz (LED)
y del fotoperiodo, en el consumo de agua para la producción de biomasa de FVH
de maíz. Pero siendo más importante la producción de biomasa en condiciones
de iluminación natural, el consumo de agua se estimó en una producción de 1 kg
de FVH de maíz/1.98 L de agua.
PALABRAS CLAVE: Intensidad lumínica, Biomasa, Forraje verde
hidropónico.
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ABSTRACT
Was evaluated the effect of light intensity of Light Emitting Diodes (LED) and
photoperiod in the production of hydroponic Green fodder (HGF) of variety corn
yellow and use of water, using rotatable central composite design (RCCD) and
response surface methodology (RSM). Was used for the production of HGF an
adjustable metal support of three (03) levels with centrifugal pump to recirculate
the water every two (02) hours for one (01) minute of irrigation by gravity and
flood, also two lights LED white and two (02) timers to control the time of the
pump operation and the lights.
Eleven (11) treatments were performed in trays, with a stocking density of 0.5 g
of seeds/cm2 (5 kg/m2). With an additional tray (control) with indirect natural
light under shadow. The rest of crops were also placed under indirect natural
light under shadow. Eleven (11) treatments were illuminated with LED light
during 12 hours of dark. The results showed that there is not proper relationship
that allows the use of a statistical model to assess the effect of luminous intensity
of light LEDs and photoperiod, in the HGF biomass production of corn. So
hydroponic crops with natural lighting is recommended, without changing
photoperiod with use light LED white with HGF of corn. Also was determined
that there is relationship that allows the use of the statistical model to assess the
effect of luminous intensity of light LEDs and photoperiod, in the water
consumption for the HGF biomass production of corn. But still important the
production of biomass under natural lighting, water consumption was estimated
at a production of 1 kg of HGF of corn/1.98 L of water.
KEY WORDS: Light intensity, Biomass, Hydroponic green forage.
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I. INTRODUCCIÓN
El forraje verde hidropónico (FVH) es una tecnología de producción de biomasa vegetal,
obtenida a partir del crecimiento inicial de las plantas, en los estados de germinación y
crecimiento temprano, producidas por semillas viables. El FVH o “green fodder hydroponics”
en un pienso o forraje vivo, de alta digestibilidad, calidad nutricional y muy apto para la
alimentación animal. Consiste en la germinación de granos (semillas de cereales o de
leguminosas) y su posterior crecimiento, bajo condiciones ambientales controladas (luz,
temperatura y humedad) en ausencia del suelo. Usualmente se utilizan semillas de avena,
cebada, maíz, trigo y sorgo. La producción del FVH, es tan solo una de las derivaciones
prácticas que tiene el uso de la técnica de los cultivos sin suelo o hidroponía, y se remonta al
siglo XVII (FAO, 2001). A nivel mundial, el FVH ha sido propuesto como una alternativa
para la producción animal y el consumo humano (Herrera et al., 2007).
El proceso se puede realizar en recipientes planos y por un lapso de tiempo no mayor a los 12
o 15 días, aplicando riegos con agua hasta que los brotes alcancen un largo de 3 a 4
centímetros. A partir de ese momento se puede continuar los riegos con una solución nutritiva,
la cual tiene por finalidad aportar los elementos nutritivos (especialmente el nitrógeno),
necesarios para el óptimo crecimiento del forraje. El FVH representa una alternativa de
producción de forraje para la alimentación de corderos, cabras, terneros, vacas en ordeño,
camélidos, caballos de paso y carrera; otros como conejos, pollos, gallinas ponedoras, patos,
cuyes y chinchillas, entre otros animales domésticos y es especialmente útil durante períodos
de escasez de forraje verde (FAO, 2001).
El FVH tiene ciertas ventajas: En el sistema de producción las pérdidas de agua por
evapotranspiración, escurrimiento superficial e infiltración son mínimas al comparar con las
condiciones de producción convencional en especies forrajeras. El sistema de producción de
FVH puede ser instalado en forma modular en la dimensión vertical (andamios), lo que
optimiza el uso del espacio útil. La producción de FVH apto para alimentación animal tiene un
ciclo de 10 a 12 días para animales. En ciertos casos, por estrategia de manejo interno de los
establecimientos, la cosecha se realiza a los 14 o 15 días, a pesar que el óptimo definido por
varios estudios científicos, no puede extenderse más allá del día 12. Aproximadamente a partir
de ese día se inicia un marcado descenso en el valor nutricional del FVH. Se considera al FVH
como un suculento forraje verde de aproximadamente 20 a 30 cm de altura (dependiendo del
período de crecimiento) y de plena aptitud comestible para los animales. Su alto valor nutritivo
lo obtiene debido a la germinación de los granos. Es un forraje limpio e inocuo sin la presencia
de hongos e insectos. Las inversiones necesarias para producir FVH dependen del nivel y de la
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escala de producción. El análisis de costos de producción de FVH, revela que, considerando
los riesgos de sequías, otros fenómenos climáticos adversos, las pérdidas de animales y los
costos unitarios del insumo básico (semilla), es una alternativa económicamente viable que
merece ser considerada por los pequeños y medianos productores. En el desglose de los costos
se aprecia la gran ventaja que tiene este sistema de producción por su significativo bajo nivel
de costos fijos, en relación a las formas convencionales de producción de forrajes. Al no
requerir de maquinaria agrícola para su siembra y cosecha, el descenso de la inversión resulta
evidente. Productores en Chile han estimado que 170 m2 de instalaciones con bandejas
modulares en 4 pisos para FVH de avena, equivalen a la producción convencional de 5 has. de
avena de corte. Entre las desventajas se tienen son: desinformación y sobrevaloración de la
tecnología. Proyectos de FVH preconcebidos como “llave en mano” pueden fracasar por no
conocer las exigencias del sistema, la especie forrajera y sus variedades, su comportamiento
productivo, plagas, enfermedades, requerimientos de nutrientes y de agua, óptimas
condiciones de luz, temperatura, humedad ambiente, y niveles óptimos de concentración de
CO2. Se debe tener presente que, para la producción de FVH sólo se precisa un fertilizante
foliar quelatizado, el cual contenga, aparte de los macro y micro nutrientes esenciales, un
aporte básico de 200 partes por millón de nitrógeno. Asimismo, el FVH es una actividad
continua y exigente en cuidados. La falta de conocimientos e información simple y directa, se
transforma en desventaja, al igual que en el caso de la tecnología de hidroponía familiar. Sin
embargo, se ha demostrado que, utilizando estructuras de invernáculos hortícolas comunes, se
logran excelentes resultados. Alternativamente, productores agropecuarios brasileros han
optado por la producción de FVH, directamente colocado a piso sobre plástico negro y bajo
microtúneles, con singular éxito. La práctica de esta metodología a piso y en túnel es quizás la
más económica y accesible (FAO, 2001).
La luz es un elemento básico para el crecimiento de las plantas, ya que, promueve la síntesis
de compuestos nutricionales como las vitaminas, las cuales son de vital importancia en la
nutrición animal. La producción de FVH en condiciones deficientes de iluminación, se puede
justificar debido a que las variaciones ambientales que se producen durante todo el año,
obligan a realizar el cultivo de FVH en lugares protegidos, aunado a los problemas de
suministro eléctrico; problemática que se hace más evidente ante la corta duración del ciclo
productivo. Al respecto Ribera et al. (2010) reportan que en sus investigaciones sobre cultivos
de FVH, colocaron bandejas recubiertas solamente con malla de saco (orificios de 0.025 cm2),
en donde colocaron semillas germinadas de forma uniforme, retirándoles cuidadosamente el
papel absorbente que fue usado en la etapa de germinación. Durante todo el período
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experimental en el laboratorio mantuvieron la luz artificial apagada y escasa de luz natural (1-
2 lux), de manera que todos los tratamientos recibieran similares condiciones de iluminación,
humedad y temperatura durante el ensayo. La cosecha lo realizaron trascurridos 11 días
después de la siembra de las semillas germinadas.
Según Meza (2005) al comienzo del ciclo de producción del FVH, la presencia de luz durante
la germinación de las semillas no es deseable, por lo que, hasta el tercer o cuarto día de
sembradas las bandejas, deberán estar en un ambiente de luz muy tenue, pero con oportuno
riego para favorecer la aparición de los brotes y el posterior desarrollo de las raíces. A partir
del tercero o cuarto día, se inicia el riego con solución nutritiva y se exponen las bandejas a
una iluminación bien distribuida, pero nunca directa de luz solar. Una exposición directa a la
luz del sol puede traer consecuencias negativas (aumento de la evapotranspiración,
endurecimiento y quemaduras de las hojas). Cuando la producción de FVH se localiza en
recintos cerrados y/o aislados de la luz solar (piezas cerradas, galpones viejos sin muchas
ventanas, casa abandonada, etc.), en los dos últimos días del proceso de producción, se
exponen las bandejas a la acción de la luz para lograr, como cosa primordial, que el forraje
obtenga su color verde intenso característico y por lo tanto complete su riqueza nutricional
óptima. Si la opción de producción es exclusivamente en recintos cerrados sin luz natural, se
tendrá entonces que pensar en una iluminación artificial, en base a tubos fluorescentes bien
distribuidos y encendidos durante 12 a 15 horas como máximo.
Orellana (2015) sostiene que la semilla de FVH necesita estar en oscuridad para que germine
después de un mínimo de luz 2800 y hasta 40000 luxes. Pudiéndose utilizar plástico blanco-
lechoso 30%. La malla de sombra ideal a utilizar es con una sombra entre 50% y 70%, ya que
esta, al estar colocada en el material mencionado proporciona una sombra entre el 25% y 35%.
Gómez (2007) reporta que las plantas necesitan, como término medio, de 9 a 12 horas de luz
diariamente. Sin embargo, cuando se pretende acelerar el cultivo, se le debe proveer durante
las horas nocturnas de buena iluminación continua. Recomendando que la colocación de
lámparas fluorescentes a una distancia de 40 cm aproximadamente de la planta, cuando son de
15 a 25 voltios. En caso que se usen tubos de 100 voltios, no se deberá poner a menos de 75
cm de distancia. Mientras que cuando se utilicen lámpara de luz mercurial de 250 voltios, la
distancia habrá de ser de 1.2 a 1.5 m. Los cultivos de follaje, aunque este sea abundante,
necesitan de 10 a 12 horas de luz de día o artificial.
Considerando como aspecto importante la iluminación y el consumo de agua y a fin de
dilucidar la influencia de luminarias LED (Ligtht-Emitting Diode) en el desarrollo de un FVH
de máiz, se ha formulado el siguiente problema: ¿Cuál será el efecto de la intensidad lumínica
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de diodos emisores de luz y del fotoperiodo en la producción de forraje verde hidropónico de
maíz (Zea mays) y utilización de agua? Teniendo como objetivos: evaluar el efecto de la
intensidad lumínica de diodos emisores de luz y del fotoperiodo en la producción de forraje
verde hidropónico de maíz (FVH) y utilización de agua utilizando metodología de superficie
de respuesta (MSR).
II. MATERIALES Y METODOLOGÍA
2.1. Materiales
Maíz amarillo duro adquirido del mercado local, 5 m de plástico color negro. Mangueras de
conexión, hipoclorito de sodio. Pie de Rey. Agua potable con pH 7.5±0.2 y conductividad
eléctrica 0.267±0.058 dS/m.
2.2. Equipos
Equipo para producción de FVH de maíz (Figura 1), constituido por un soporte metálico
regulable de tres (03) niveles: 1º nivel (más bajo) para el tanque de almacenamiento de agua y
la bomba centrífuga Askoll Mod S3006 220V 60 Hz 0.3A 35W, para la recirculación del agua;
2º nivel (intermedio) para la bandeja con el cultivo hidropónico de 40.6 cm x 28.0 cm =
1140.8 cm2, 3º nivel (más alto) para sostener y regular la altura de iluminación (intensidad) de
dos (02) focos LED y los temporizadores (Masterclear MS-TD) para de control de tiempo del
funcionamiento de la bomba y de los focos LED (Philips 10.5-85W E27 865 220V-240V
50/60Hz 1055lm 95mA). Balanza semianalítica CAMRY modelo EK3132 cap. max. 5 kg.
Medidor de conductividad eléctrica, pHmetro, Medidor de lux Lightmeter Model CA813
Figura 1. Imágenes del equipo experimental para la producción de FVH de maíz indicando la
bomba y los temporizadores
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Metodología experimental
Se utilizó un módulo de hidroponía localizado en Trujillo a 52 m.s.n.m. con temperaturas
mínima de 20 °C y máxima 35 ºC, con un promedio de 26.4±4.1 °C.
Diseño experimental: Se realizaron 11 tratamientos en bandejas, con una densidad de siembra
de 0.5 g de semillas/cm2 (5 kg/m2). Con una bandeja adicional (control) con luz natural
indirecta bajo sombra. El resto de cultivos igualmente se colocaron bajo luz natural indirecta
bajo sombra. De acuerdo a las referencias bibliográficas, se estimó que la iluminación artificial
proveniente de LEDs puede variar desde 2 lux a 10274 lux. Por lo que aplicó a los 11
tratamientos con forraje iluminación LED desde las 6 de la tarde hasta las 6 de mañana
evaluándose el efecto de la intensidad lumínica y el fotoperiodo.
Se utilizó un planteamiento factorial: 2n +2*n + 3 puntos centrales. La amplitud y los puntos
centrales de las variables X1 y X2 se determinarán a través de un Diseño Compuesto Central
Rotacional (DCCR) con un valor α = ±1.4142 de acuerdo a los valores de la Tabla 1. Estos
datos permitieron elaborar el planteamiento de la matriz de desarrollo experimental con 8
tratamientos y tres (03) repeticiones en el punto central, totalizando doce (11) ensayos (Tabla
2).
Tabla 1. Valores estimados en el DCCR para los factores intensidad lumínica y fotoperiodo
Variables
-1 0 +1 +
X1: intensidad lumínica de los
LED (lux) (diseñada)
X1: intensidad lumínica real
durante el experimento (lux)
2.0
5
1506
1514-1508
5138
5134-5170
8770
8780-8777
10274
10322
X2: fotoperiodo (horas de luz
artificial adicional a partir de 6
pm)
X2: Hora de apagado (a partir de las 6 pm)
1
7:00 pm
2.6
8:36 pm
6.5
12:30 am
10.4
4:24 am
12
6:00 am
Tabla 2. Matriz de la intensidad lumínica y fotoperiodo en la producción de FVH de maíz y
agua consumida
Tratamiento Intensidad lumínica
(lux)
Fotoperiodo
(horas de luz artificial)
Biomasa
fresca ganada
(g)
Agua
consumida
(L) X1 X2
T1 -1 1514 -1 2.60 (8:36 pm) Y11 Y31
T2 1 8780 -1 2.60 (8:36 pm) Y12 Y32
T3 -1 1508 1 10.40 (4:24 am) Y13 Y33
T4 1 8777 1 10.40 (4:24 am) Y14 Y34
T5 -√2 5 0 6.50 (12:30 am) Y15 Y35
T6 √2 10322 0 6.50 (12:30 am) Y16 Y36
T7 0 5134 -√2 1.00 (7:00 pm) Y17 Y37
T8 0 5170 √2 12.00 (6:00 am) Y18 Y38
T9 0 5137 0 6.50 (12:30 am) Y19 Y39
T10 0 5138 0 6.50 (12:30 am) Y110 Y310
T11 0 5137 0 6.50 (12:30 am) Y111 Y311
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Utilizando en parte las metodologías reportadas por Alvarado (2011), Gomez (2007) y la FAO
(2011), se realizó el siguiente procedimiento:
Limpieza y desinfección de las bandejas: Se limpiaron y desinfectaron, con hipoclorito de
sodio al 5% (cloro comercial), con el objeto de evitar residuos de hongos o bacterias que
pudieran afectar el procedimiento de germinado o desarrollo del cultivo. La limpieza de las
bandejas se realizó de forma manual, utilizando agua y jabón, posteriormente se efectuo un
segundo lavado con hipoclorito de sodio al 5 % (cloro comercial) y después un último
enjuague con agua limpia.
Limpieza y desinfección de la semilla: Se aseguró que las semillas queden libres de esporas
o bacterias que puedan causar problemas en su germinación o crecimiento. Se desinfectó las
semillas en hipoclorito de sodio al 1% (cloro comercial) y agua, agregando 10 mL de
hipoclorito cloro por 1 L de agua, se mantuvieron sumergidas durante un tiempo no mayor de
3 minutos, y posteriormente se lavaron con agua limpia para quitar los residuos del hipoclorito
de sodio.
Pre-germinado: Se llevó a cabo por imbibición, para que la semilla absorba el agua necesaria
para romper su estado de latencia, cuidando que la capa superior no se reseque, es decir,
dejando una cantidad de agua suficiente en la capa superior.
Las semillas se depositaron en una cubeta. Se removieron constantemente durante su lavado y
se retirado las impurezas y fragmentos de semillas dañadas. El agua de lavado fue desechada y
remplazada por igual volumen de agua limpia, y se le dejó reposar durante 24 horas. Tiempo
que fue dividido a su vez en 2 períodos de 12 horas cada uno. A las 12 horas de estar las
semillas sumergidas se procedió a sacarlas y orearlas (escurrirlas) durante 1 hora y
seguidamente se sumergieron nuevamente por 12 horas, para finalmente realizarles el último
oreado, dejándolas solamente húmedas y luego se taparon con plástico negro para estimular su
germinación.
Siembra: Después de la pre-germinación se realizó la siembra, en las bandejas de plástico,
con una densidad 0.5 g de semilla/cm2. La siembra no superó 1.5 cm de altura en las bandejas.
Se tapó todo con un plástico negro por un lapso de tiempo de 66 horas, que transcurrió desde
la siembra hasta su germinación o brotación, que es cuando el grano alcanza estructuras
radiculares notorias formando tres a cuatro raicillas. Se consideró que el proceso de
germinación había concluido cuando los cotiledones salieron del tegumento de la semilla.
Mediante esta técnica se proporciona a las semillas condiciones de alta humedad y una óptima
temperatura para favorecer la completa germinación y crecimiento inicial. Considerando
queel FVH es una biomasa que se debe consumir dentro de un período muy reducido de
tiempo.
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Una vez detectada la brotación completa de las semillas se retiró el plástico negro.
Sistema de riego: Se determinó la conductividad eléctrica del agua. El riego se llevó a cabo
con una bomba cada dos horas por 1 minuto, adicionando el agua en la parte superior evitando
la inundación de la bandeja, permitiendo el riego de todas las semillas por gravedad.
Luz artificial por LEDs: Se utilizó luminarias LED blancas, modulándose por acercamiento
para obtener los luxes adecuados (Figura 2). Se estableció un punto de referencia en centro de
la bandeja y la altura máxima alcanzada del tallo en el día de la medición. Asimismo se midió
la iluminación en los cuatro ángulos de la bandeja para obtener el promedio de iluminación
deseada.
Figura 2. Iluminación con LED con intensidad regulable en función a la altura.
Obtención del peso fresco: Al final de los cultivos (7 días), se introdujo las muestras de
forraje fresco (tallo y raíz) en bolsas de papel y se registrara los pesos de cada una de ellas.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la presente investigación se utilizó una densidad de siembra elevada de 0.5 g de
semillas/cm2 (5 kg/m2). Meza (2005) sostiene que una buena densidad de siembra debe ser de
de 2.2 a 3.4 kg/m2, que la disposición de las semillas no debe superar 1.5 cm de altura en la
bandeja. Asimismo, sostiene, en un análisis económico del sistema de producción de FVH,
que la variedad Pioneer 31G98 a los 12 días de corte, obtuvo resultados satisfactorios, con
densidades de 2 y 3 kg/m2; este es un aspecto importante, ya que como se ha mencionado en la
presente investigación, la densidad de siembra es elevada.
En la Figura 3 se observa el desarrollo del crecimiento máximo de los tallos del cultivo control
y de los 11 tratamientos de FVH de maíz durante siete (7) días. En la Figura 4 se observa el
desarrollo del forraje.
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Figura 3. Control del crecimiento de la altura máxima alcanzada en los tallos los cultivos
control y de los tratamientos con FVH de maíz.
Figura 4. Desarrollo del FVH de maíz en bandejas regadas por gravedad e inundación y
recirculación del agua.
Al respecto se denota que los tratamientos T5, T6, T8, y los puntos centrales T9, T10, T11;
son los que presentaron el menor desarrollo con respecto al cultivo control, recibiendo
iluminación LED de 6.5 a 12 h con 2 a 10274 lux. Los tratamientos T1, T2, T3, T4, T7
presentaron un mayor crecimiento, con iluminación LED de 1 a 10.4 h con 1506 a 8870 lux.
Siendo el tratamiento T7 el de mayor desarrollo. El crecimiento máximo de los tallos se utilizó
como un medio de control indirecto de la producción de biomasa, referido a medir el mayor
tamaño de tres (3) de los tallos de mayor altura.
En la Figura 5 se observa la variación de la producción de la biomasa del FVH de maíz y el
consumo de agua. El control tuvo una producción de biomasa de 1262 g, ligeramente superior
que el tratamiento T7 con 1249.6 g, el cual recibió iluminación LED por 1 hora adicional de
5138 lux; quienes tuvieron un consumo de agua de 2500 mL y 2300 mL respectivamente, con
una relación de producción de biomasa por consumo de agua de 0.5 y 0.54 g/mL,
respectivamente, con una producción de forraje por agua consumida de 1 kg de FVH/1.98 L
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de agua y 1 kg de FVH/1.894 L de agua, respectivamente. Morales (2013) en FVH reporta un
mayor consumo de agua de 1 kg de FVH/5.34 L de agua.
Como criterio de comparación, el consumo de agua en maíz forrajero (MF) por kilo de materia
seca con riego subsuperficial (Montemayor-Trejo et al., 2007) es de 1.3 kg/m3 a 4.48 kg/m3,
equivalente a 1 kg de MF/769 L de agua a 1 kg de MF/223 L de agua. En alfalfa se reporta de
1.93 a 2.14 kg de materia seca de alfalfa por m3 de agua consumida (Montemayor et al., 2010),
equivalente a 1 kg de alfalfa/518 L de agua a 1 kg de alfalfa/467 L de agua consumida. Es
decir, valores elevados en comparación al FVH de maíz.
Gómez (2007) reporta que la mejor producción de FVH de maíz con una densidad de siembra
de 1.0 kg de semilla por bandeja de 0.250 m2 (4.0 kg/m2) con un rendimiento de 6.35 kg
FVH/kg de semilla utilizando solución nutritiva. En la presente investigación el cultivo control
tuvo un rendimiento de 1.71 kg de FVH/kg de semilla y el T1y T7 tuvieron los rendimientos
más elevados de 2.29 y 2.20 kg de FVH/kg de semilla, no llegando a los valores reportados
por Gómez (2007) debido a que no se utilizó solución nutritiva.
Con respecto a la iluminación con luz LED, se corrobora los reportado por León et al. (2007)
quienes estudiaron el efecto de diferentes fotoperiodos (12, 18, 24 horas de luz) y soluciones
nutritivas (solución nutritiva hidropónica SNH y abono foliar inicial AFI) en la producción de
FVH de maíz, para establecer el mejor desarrollo del cultivo. Los resultados mostraron que, no
es favorable el aumento de horas de luz, para acelerar el crecimiento del FVH de maíz, ya que
las plantas tienen suficiente con las 12 horas de luz diarias y requieren de un periodo de
descanso por las noches. Los referidos autores reportan que el mayor porcentaje de
germinación se alcanzó a las 12 horas de luz con 94.55 %, difiriendo estadísticamente del
porcentaje de germinación obtenido a las 18 y 24 horas luz, con 90.68 % y 91.08 %
respectivamente, que fueron estadísticamente iguales.
Los cultivos de FVH en la presente investigación se desarrollaron a una temperatura de
26.4±4.1 °C, pH de 6.1±0.7 y conductividad eléctrica de 0.518±0.347 dS/m. Meza (2005)
reporta que el rango óptimo para producción de FVH se sitúa siempre entre los 18 y 26 °C. Sin
embargo, se sostiene que el maíz, muy deseado por el importante volumen de FVH que
produce (Nayigihugu, et al. 2003), aparte de su gran riqueza nutricional, necesita de
temperaturas óptimas que varían entre los 25 y 28 °C. Guerrero (1992), menciona que la
temperatura ideal para la nacencia del maíz se encuentra próxima a los 15 °C, mientras que en
la fase de crecimiento la temperatura ideal se encuentra comprendida entre 24 y 30 °C.
Además, menciona que por encima de los 30 °C se presentan problemas en la actividad
celular, disminuyendo la capacidad de absorción del agua por las raíces, agregando también
que las noches cálidas no son benéficas para el maíz, pues la respiración es muy activa y la
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planta utiliza importantes reservas de energía a costa de la fotosíntesis realizada durante el día.
En este sentido la temperatura promedio a la cual se ha desarrollado el experimento se
encuentra dentro de los rangos recomendados.
Guerrero (1992) sostiene que el valor de pH del agua de riego debe oscilar entre 5.2 y 7 y
salvo raras excepciones como son las leguminosas, que pueden desarrollarse hasta con pH
cercano a 7.5, el resto de las semillas utilizadas (cereales mayormente) usualmente en FVH, no
se comportan eficientemente por encima del valor 7. El maíz prefiere pH comprendido entre 6
y 7, pero se adapta a condiciones de pH más bajo y más elevado. Por lo que igualmente el pH
del experimento presente experimento se encontró dentro de lo recomendado.
El mismo investigador refiere que la conductividad eléctrica del agua (CE) indica cual es la
concentración de sales en una solución. Un rango óptimo de CE de una solución nutritiva debe
encontrarse entre 1.5 a 2.0 mS/cm (15 a 20 dS/m). Debe tenerse presente también que el
contenido de sales en el agua no debe superar los 100 miligramos de carbonato de calcio por
litro y que la concentración de cloruros debe estar entre 50 - 150 miligramos por litro de agua.
Como se ha indicado, los cultivos de FVH se desarrollaron con una conductividad eléctrica de
0.518±0.347 dS/m, la cual fue bastante baja debido a que no se le proporcionó dosificación de
fertilizantes, lo que indudablemente limitó su desarrollo.
Figura 5. Producción de biomasa y consumo de agua de FVH de maíz.
En la Tabla 3 se observan los resultados de los 11 tratamientos con respecto a la relación de la
intensidad lumínica en lux y fotoperiodo en horas de iluminación artificial con luz LED, en la
producción de biomasa fresca de FVH de maíz y agua consumida.
2000
1500
1000
Biomasa (g)
Consumo de agua (mL)
Co
ntr
ol
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T1
0
T1
1
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Tabla 3. Intensidad lumínica y fotoperiodo reales en la producción de FVH de maíz y agua
consumida
Tratamientos Intensidad lumínica
(lux)
X1
Fotoperiodo
(horas de luz artificial)
X2
Biomasa fresca
ganada
(g)
Agua
consumida
(mL)
T1
1514
2.60
736.0
2150
T2 8780 2.60 992.0 2190
T3 1508 10.40 970.1 2265
T4 8777 10.40 1058.0 2680
T5 5000 6.50 870.0 1525
T6 10322 6.50 1005.6 2400
T7 5134 1.00 1248.0 2300
T8 5170 12.00 954.0 2570
T9 5137 6.50 787.6 1500
T10 5138 6.50 788.7 1505
T11 5137 6.50 786.4 1494
Con respecto a la biomasa fresca ganada, se determinó por MSR el modelo estadístico,
obteniendo la significancia de la interrelación de los coeficientes de regresión, como se
observa en el gráfico de Pareto (Figura 6). Observándose la buena representación del modelo
de la producción de biomasa fresca de FVH de maíz, con respecto a intensidad lumínica (lux)
y fotoperiodo (horas de luz LED) (Tabla 4). Sin embargo, el coeficiente de determinación R2 y
R ajustado indicaron, un valor bajo de 0.65298 y 0.30596 respectivamente, con un alto nivel
de dispersión (Figura 7), lo que ocasiona un error de predicción entre los valores observados o
experimentales y los valores predichos, hasta 20.3%; por lo que no resulta adecuado la
utilización del modelo estadístico. Según Meza (2005) el FVH sólo requiere una intensidad
lumínica de 1000 a 1500 microwatts cm-2 (4000 a 12000 luxes cm-2) (6849.3 lux a 10273.97
lux) en un periodo de aproximadamente 12 a 14 horas diarias de luz. El uso de la luz solar es
siempre la más recomendable, por lo que se debe agudizar el ingenio para lograr un máximo
aprovechamiento de la luz solar y por consecuencia, lograr menores costos de producción,
prioridad básica para cualquier proyecto de producción de FVH. Esto puede estar facilitado
con una orientación de las instalaciones de Este a Oeste, favoreciendo de este modo la
construcción de aberturas en estructuras preexistentes.
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Figura 6. Efecto estandarizado de la significancia de la interrelación de los coeficientes de
regresión del modelo estadístico de la biomasa fresca ganada de FVH de maíz.
Tabla 4. Coeficientes de regresión del modelo de la producción de biomasa fresca de FVH de
maíz con respecto a intensidad lumínica (lux) y fotoperiodo (horas de luz LED) Coef.
Regres. Err. Est.
Puro t(1) p -95.%
Lim,Conf. +95.%
Lim.Conf.
Intercepto 1108.787 1.563538 709.153 0.000898 1088.920 1128.654
(1)Iluminación
(Lux)(L)
-0.005 0.000349 -13.824 0.045972 -0.009 0.000
Iluminación (Lux)(Q)
0.000 0.000000 153.155 0.004157 0.000 0.000
(2)Tiempo (h)(L) -105.728 0.351392 -300.882 0.002116 -110.192 -101.263
Tiempo (h)(Q) 9.021 0.023588 382.421 0.001665 8.721 9.320
1L by 2L -0.003 0.000030 -98.938 0.006434 -0.003 -0.003
1150
1100
1050
1000
950
900
850
800
750
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Valores obs erv ados
Figura 7. Dispersión estadística entre los valores observados (experimentales) y valores
predichos por el modelo estadístico de producción de biomasa fresca de FVH de maíz.
Con respecto al agua consumida (mL) igualmente se ha determinado por MSR el modelo
estadístico, obteniendo la significancia de la interrelación de los coeficientes de regresión,
Tiempo (h)(Q) 382.4214
Efecto estandarizado estimado (valor absoluto)
(1)Iluminación (Lux)(L) 223.6326
Iluminación (Lux)(Q) 153.1551
1Lby2L -98.9379
(2)Tiempo (h)(L) -48.7125
p=.05
Valo
res p
redic
hos
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como se observa en el gráfico de Pareto (Figura 8). Observándose la buena representación del
modelo del agua consumida por los cultivos de FVH de maíz, con respecto a intensidad
lumínica (lux) y fotoperiodo (horas de luz LED) (Tabla 5). Con un coeficiente de
determinación R2 y R ajustado elevado de 0.94771 y 0.89543 respectivamente, con un bajo
nivel de dispersión (Figura 9), lo que ocasiona un error de predicción entre los valores
observados o experimentales y los valores predichos hasta 13.0%; por lo que resulta adecuado
la utilización del modelo estadístico, lo que se observa en la Figura 10 (superficie
tridimensional de respuesta y superficie bidimensional de contornos) con el modelo:
Y = 3130.208 – 0.188X1 – 430.472X2 + 32.925X22 + 0.007X1X2
No se encontró una adecuada correlación entre los valores de agua consumida y la biomasa
producida por el FVH de maíz, obteniéndose valores elevados de dispersión de R2=0.456.
Samperio (1997) señala que existen varios sistemas para proporcionar a la planta la humedad y
alimento que requiere para una producción óptima. Los sistemas más usuales son: riego por
aspersión superficial, por goteo, por subirrigación y por capilaridad. El riego por aspersión
superficial puede ser manual o con bombas. Es importante mantener tapada la solución
nutritiva protegiéndola de los rayos del sol y agregar la cantidad de agua natural que va
mermando, debido a que la planta consume más agua que nutrientes. El riego debe hacerse por
la mañana, entre las 6 y la 10 a.m. o bien por la tarde entre las 5 y las 7 p.m. Sánchez (1982)
indica que el riego de las bandejas de crecimiento FVH debe realizarse solo a través de micro
aspersores, nebulizadores o con una pulverizadora o mochila de mano. El riego por inundación
no es recomendado dado que causa generalmente excesos de agua que estimulan la asfixia
radicular, ataque de hongos y pudriciones que pueden causar inclusive la pérdida total del
cultivo. En el presente experimento se utilizó riego por inundación de un (1) minuto cada dos
(2) horas.
Figura 8. Efecto estandarizado de la significancia de la interrelación de los coeficientes de
regresión del modelo estadístico del agua consumida por los cultivos de FVH de maíz.
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Tabla 5. Coeficientes de regresión del modelo de agua consumida por los cultivos de FVH de
maíz con respecto a intensidad lumínica (lux) y fotoperiodo (horas de luz LED) Coef.
Regres. Err. Est.
Puro t(1) p -95.%
Lim,Conf. +95.%
Lim.Conf.
Intercepto 3130.208 7.817689 400.401 0.001590 3030.875 3229.541
(1)Iluminación
(Lux)(L)
-0.188 0.001745 -107.580 0.005917 -0.210 -0.166
Iluminación (Lux)(Q)
0.000 0.000000 146.427 0.004348 0.000 0.000
(2)Tiempo (h)(L)
-430.472 1.756960 -245.009 0.002598 -452.796 -408.148
Tiempo (h)(Q) 32.925 0.117942 279.161 0.002280 31.426 34.423
1L by 2L 0.007 0.000150 44.176 0.014408 0.005 0.009
Figura 9. Dispersión estadística entre los valores observados (experimentales) y valores
predichos por el modelo estadístico de consumo de agua por los cultivos de FVH de maíz.
Figura 10. Gráficos de superficie tridimensional de respuesta y superficie bidimensional de
contornos de la relación entre agua consumida por los cultivos de FVH de maíz con respecto a
intensidad lumínica (lux) y fotoperiodo (horas de luz LED).
III. CONCLUSIONES
- Se determinó que no existe una relación adecuada que permita la utilización de un modelo
estadístico para evaluar el efecto de la intensidad lumínica de diodos emisores de luz (LED)
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y del fotoperiodo, en la producción de biomasa de FVH de maíz. Por lo que se recomienda
realizar cultivos hidropónicos con iluminación natural, sin variar el fotoperiodo con
utilización de luz LED blanca con FVH de maíz.
- Se determinó que existe relación que permite la utilización del modelo estadístico para
evaluar, el efecto de la intensidad lumínica de diodos emisores de luz (LED) y del
fotoperiodo, en el consumo de agua para la producción de biomasa de FVH de maíz. Pero
siendo más importante la producción de biomasa en condiciones de iluminación natural, el
consumo de agua se estimado en una producción de 1 kg de FVH de maíz/1.98 L de agua.
V. RECOMENDACIONES
Investigar la producción de FVH empleando luces LED de diferentes colores y apoyados por
energía no convencional.
Investigar la sostenibilidad de alimentación con FVH en conejos doble propósito (carne y piel)
evaluando
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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