Aplicación de biochar proveniente de la gasificación de residuos agrícolas a huertas para la producción de vegetales deshidratados

Abstract

La presente tesis está dividida en dos partes. La parte I corresponde al estudio del efecto de la enmienda de biocarbón de cascara de almendra sobre la calidad de suelos salinos y el crecimiento de plantas de rúcula. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto de la enmienda con biorresiduos de cáscara de almendra (CA) y biocarbón a base de cáscara de almendra (BCA), en diferentes proporciones másicas (5, 10 y 15%), sobre las propiedades fisicoquímicas de tres suelos salinos diferentes, utilizando el crecimiento de plántulas de rúcula como bioindicador de la mejora conseguida. Los datos fueron analizados con base en un diseño completamente al azar en arreglo factorial con cuatro repeticiones. Los resultados mostraron que el suelo de baja salinidad (T1) presentó las mejores características fisicoquímicas y parámetros de crecimiento. La adición de CA y BCA en bajas proporciones a los suelos salinos redujo los valores de pH y conductividad eléctrica. Un aumento en la proporción de enmiendas condujo a un aumento en estas variables. La humedad, la materia y el carbono orgánico aumentaron y la capacidad de intercambio catiónico disminuyó, generando resultados positivos sobre los efectos sobre la calidad del suelo. Los valores de porcentaje de sodio intercambiable (PSI) mostraron que el T3 presentó la mayor sodicidad, seguido del T2 y el T1. El tratamiento con 5% de BCA produjo mejores resultados en cuanto a longitud total de la planta, peso fresco y seco, área foliar y contenido de clorofila foliar. Se desarrolló un modelo de cinética de secado para optimizar la deshidratación de hortalizas, manteniendo sus propiedades beneficiosas. En el secado por infrarrojo de rúcula, la condición óptima a 60 °C fue de 180 minutos, siendo el tratamiento con 5 % de biocarbón el más eficiente. El modelo de Noomhorm & Verma se destacó por su precisión. Por otro lado, la parte II de esta tesis corresponde al estudio del efecto de la enmienda de biocarbón de cascara de pistacho sobre la calidad del suelo y su aplicación en el cultivo de pimiento bajo invernadero. Este estudio tuvo como objetivo (a) analizar la influencia de la temperatura de pirólisis en las propiedades del biocarbón a base de cáscara de pistacho (BCP) y (b) evaluar el efecto del BCP en el crecimiento del pimiento verde (Capsicum annuum L.). Los experimentos de pirólisis se realizaron a diferentes temperaturas, determinando a 450 ◦C como óptimo para la enmienda del suelo. Se analizó el efecto de la adición de BCP en diferentes proporciones de masa considerando las propiedades fisicoquímicas de las mezclas y los parámetros agronómicos de plantas y frutos de pimiento verde en condiciones de invernadero. Los resultados demostraron mejoras en las propiedades del suelo tras la TESIS DOCTORAL ELIANA SANCHEZ 7 incorporación de biocarbón, incluida una disminución del pH del 1 %, una disminución de la conductividad eléctrica (CE) del 4 % al 14 % y aumentos de la capacidad de intercambio catiónico (CEC) del 4 % al 8 %, materia orgánica (MO) y carbono orgánico (OC) en un 100-200%, y nitrógeno total (TN) en un 35 %, en relación con el suelo no enmendado. Las variables agronómicas revelaron mejoras, particularmente durante las etapas reproductiva y de madurez, y las plantas tratadas con 1% de biocarbón (SB1) exhibieron un mayor crecimiento y contenido de clorofila, junto con un mayor rendimiento de flores y frutos. En particular, el tratamiento con biocarbón al 2 % (SB2) produjo resultados superiores en peso y longitud de frutos, lo que sugiere el potencial del biocarbón para mejorar tanto la calidad como la cantidad de frutos de pimiento verde, contribuyendo así a prácticas agrícolas sostenibles. Para el secado de pimientos en invernadero, el modelo de Midilli mostró el mejor ajuste y es el más adecuado para predecir su comportamiento de secado.

Abstract : This work is divided into two parts. Part I corresponds to the study of the effect of almond shell biochar amendment on the quality of saline soils and the growth of arugula plants. This study aimed to evaluate the effect of amendment with almond shell biowaste (AC) and almond shell-based biochar (BCA), in different mass proportions (5, 10 and 15%), on the physicochemical properties of three different saline soils, using the growth of arugula seedlings as a bioindicator of the improvement obtained. The data were analyzed based on a completely randomized design in a factorial arrangement with four replicates. The results showed that the soil with low salinity (T1) had the best physicochemical characteristics and growth parameters. The addition of CA and BCA in low proportions to saline soils reduced pH and electrical conductivity values. An increase in the proportion of amendments led to an increase in these variables. Moisture, organic matter and carbon increased and cation exchange capacity decreased, giving positive results on the effects on soil quality. The percentage of exchangeable sodium (PSI) values showed that T3 had the highest sodium content, followed by T2 and T1. The treatment with 5% BCA produced better results in terms of total plant length, fresh and dry weight, leaf area and leaf chlorophyll content. A drying kinetics model was developed to optimize the dehydration of vegetables while maintaining their beneficial properties. For infrared drying of arugula, the optimum condition at 60 °C was 180 min, with treatment with 5 % biochar being the most efficient. The Noomhorm & Verma model stood out for its accuracy. On the other hand, part II of this thesis corresponds to the study of the effect of pistachio shell biochar amendment on soil quality and its application in greenhouse pepper cultivation. The objectives of this study were (a) to analyze the influence of pyrolysis temperature on the properties of pistachio shell-based biochar (BCP) and (b) to evaluate the effect of BCP on the growth of green pepper (Capsicum annuum L.). Pyrolysis experiments were conducted at different temperatures, with 450 °C identified as optimal for soil amendment. The effect of adding BCP at different mass proportions was analyzed considering the physicochemical properties of the mixtures and the agronomic parameters of green pepper plants and fruits under greenhouse conditions. The results showed improvements in soil properties after biochar incorporation, including a 1% decrease in pH, a decrease in electrical conductivity (EC) from 4% to 14%, and an increase in cation exchange capacity (CEC) from 4 % to 8 %. Organic matter (OM) and organic carbon (OC) increased by 100-200 % and total nitrogen (TN) increased by 35% compared to the unamended soil. Agronomic variables showed improvements, particularly in the reproductive and maturing stages, and plants treated with 1% biochar (SB1) showed greater growth and chlorophyll content, along with greater flower and fruit yield. In particular, the 2 % biochar treatment (SB2) produced superior results in fruit weight and length, suggesting the potential of biochar to improve both the quality and quantity of green pepper fruits, thus contributing to sustainable agricultural practices. For greenhouse drying of peppers, the Midilli model showed the best fit and is the most suitable for predicting their drying behavior.