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1.- Título del Proyecto
Hidroponía con agua de mar aplicando un campo electromagnético
2.- Resumen de la Investigación
Dado que en nuestra ciudad no existe un desarrollo de la agricultura debido a la falta de
suelos cultivables, por su alta salinidad y también por la escasez de agua dulce, sería bueno
probar distintas soluciones de agua de mar como matriz de cultivos hidropónicos a fin de
minimizar el gasto de agua dulce que se utiliza como matriz en este tipo de cultivo.
3.- Resumen Ejecutivo
Debido a la gran problemática hídrica que hoy en día afecta no solo a la región de
Antofagasta, sino que también afecta todo el Norte de Chile en general, en cuanto al
consumo humano y minero.
Particularmente en nuestra ciudad no existe un desarrollo de la agricultura debido a la falta
de suelos cultivables, por lo que se deben traer productos vegetales desde otras regiones, lo
que los encarece.
El rubro predominante de esta zona es el hortícola, que se caracteriza por los sistemas
productivos tradicionales. La aplicación de riego tecnificado sólo se observa en reducidas
superficies, así como la existencia de sistemas no tradicionales (hidropónicos), a un nivel
de producción bajo.
Nuestra investigación trata de determinar la concentración precisa de agua de mar como
matriz hídrica que permita la obtención de algunas hortalizas con el fin de reducir la
utilización de agua potable en esta técnica.
Los tratamientos fueron en primer término siembra en tierra de hoja libre de otras semillas
y luego trasplante a matriz hídrica que consistía en un protocolo de un control y seis
tratamientos salinos (Solución acuosa de agua de mar en cinco concentraciones diferentes),
que se aplicaron días después del trasplante en agua.
Se obtuvo un rendimiento variable en lechugas dependiendo de la concentración de las
soluciones.
Luego de determinar la concentración de agua de mar óptima para la realización del
cultivo, se aplicará un campo electromagnético, el cual estimulará el crecimiento de las
hortalizas debido al efecto que produce el campo inducido tanto para el agua como para la
planta propiamente tal.
4.- Establecimiento Educacional
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Nombre: Colegio Inglés San José
Comuna: Antofagasta
Región: Segunda región de Antofagasta
Dirección: Galleguillos Lorca #999
Rector: Manuel Campaña Mortton
Teléfono: 055-770077
Web: www.colegioinglessanjose.cl
E-Mail: [email protected]
5.- Participantes
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Nombre: Sergio Andrés Manríquez Trujillo
RUT: 18.892.506-1
Fecha de Nacimiento: 8 de octubre de 1994
Curso: 4° Medio
Dirección Particular: Pacífico #1714
Teléfono Particular: 055-933382
Teléfono Celular: 84911493
E-Mail: [email protected]
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Nombre: Sebastián Antonio Barraza Quezada
RUT: 19.098.820-1
Fecha de Nacimiento: 29 de agosto de 1995
Curso: 3° Medio
Dirección Particular: Cerro Moreno 10580 Dpto. D-401
Teléfono Particular: 55-790680
Teléfono Celular: 66528267
E-Mail: [email protected]
6.- Docente Guía
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Nombre: Norma Cruz Tapia
RUT: 8.995.423-1
Fecha de Nacimiento: 29 diciembre 1959
Especialidad: Profesora de Biología y Química
Establecimiento Educacional: Colegio Inglés San José
Dirección Particular: Julio Montt #681
Teléfono Particular: 55-545653
Teléfono Celular: 82368761
E-Mail: [email protected]
7.- Información Asesor(a) Científico(a) Externo(a)
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Nombre Completo: Alberto Ramírez Fernández
RUT: 5.888.875 -3
Establecimiento Educacional: 22 noviembre 1947
Especialidad: Profesor de Física
Dirección Establecimiento Educacional: Universidad de Antofagasta
Dirección Particular: Of.Petronila 165
Teléfono Particular: 55-375683
Teléfono Celular: 82777796
E-Mail: [email protected]
Declaración de asesoría otorgada: Confirmo asesoramiento en esta investigación
donde mi principal aporte está en los contenidos físicos (Teoría del campo
magnético, Cálculos matemáticos y construcción del circuito).
8.- Introducción
Dado que la región de Antofagasta no se caracteriza por ser un lugar donde prevalezca la
agricultura, debido a la poca cantidad de agua potable, como a su vez la falta de suelos
cultivables, y que en donde para poder realizar un cultivo tradicional se necesita una gran
cantidad de dinero y recursos. Es necesario fomentar aquellos métodos no tradicionales e
igual de efectivos que los tradicionales como lo es la hidroponía ya que en Antofagasta si
bien es una región minera, no quiere dejar de lado la agricultura, ya que la región aporto
con el 10% de los proyectos a nivel nacional a la convocatoria que hizo la Fundación para
la Innovación Agraria (FIA) y la Seremi de Agricultura (elnortero.cl 17 de Octubre, 2011).
Hidroponía es en palabras simples, la forma de cultivar sin tierra. Para ello, se utiliza una
combinación precisa de diferentes sales minerales que contienen todos los nutrientes que
requieren las plantas para su desarrollo y que habitualmente les entrega la tierra, diluidas en
agua potable (solución nutritiva), la cual se aplica directamente a las raíces de diferente
forma, según el método de cultivo hidropónico que se adopte.
Por otro lado una manera de fomentar el crecimiento de una planta cualquiera, es mediante
estímulos, ya sea teniendo control del ambiente en que está se encuentra, es decir, teniendo
una temperatura constante, humedad controlada, etc., pero en este caso, nos abocaremos
directamente a lo que sería un campo magnético, aunque siendo mas preciso, estaríamos
hablando de un campo electromagnético, a pesar de que cumplan la misma función.
El campo magnético es el efecto sobre una región del espacio, generado por una corriente
eléctrica o un imán, en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una
velocidad , experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto
a la velocidad (v) como al campo (B).
9.- Hipótesis, Pregunta de investigación y Objetivos
Pregunta:
1. ¿Será posible realizar cultivos hidropónicos utilizando agua de mar como matriz
hídrica?
2. ¿Afectará de alguna manera la presencia de un campo electromagnético variado y
constante en el crecimiento de los cultivos?
Hipótesis:
1. Si la matriz hídrica en cultivos hidropónicos es agua potable y sales minerales y se
obtienen buenos resultados, en cuanto a la producción de vegetales comestibles,
entonces si utilizamos agua de mar como matriz hídrica es posible obtener
rendimientos similares.
2. Si los campos electromagnéticos son capaces de efectuar una fuerza a una
diversidad de materiales susceptibles, ya sean estás atractivas o repulsivas. Un
campo electromagnético sería capaz de realizar una atracción al ion magnesio que
se encuentra presente en la clorofila de las plantas y así fomentar el crecimiento de
estás.
Objetivo General:
Fomentar la técnica de hidroponía para la realización de cultivos, y además disminuir los
costos de está técnica aplicando el agua de mar, en un tanto porciento, para así también
disminuir el consumo de agua potable, y por otro lado mejorar dicha técnica con la
presencia de campo electromagnético.
Objetivos Específicos:
1.
2.
3.
4.
5.
Determinar las mejores condiciones para realizar hidroponía utilizando como
matriz hídrica agua de mar.
Identificar los efectos del estrés salino en diversos vegetales comestibles.
Calcular matemáticamente la intensidad del campo electromagnético optima
para la realización de la experiencia.
Comprobar si es favorable la presencia de un campo electromagnético durante la
realización del cultivo.
Determinar que la innovación sea sustentable y que no implique un gasto
económico elevado.
10. Antecedentes Bibliográficos e Investigaciones Previas
El hecho de utilizar el magnetismo como estimulante, no es algo nuevo, sino algo que lleva
una gran cantidad de tiempo como tema de conversación y controversia
Se dice que al poner en contacto una planta con un campo magnético o cuando es regada
con agua magnetizada, se puede observar un aumento de la velocidad de crecimiento,
aumento de la longitud y de su masa.
Al estudiar la influencia de la orientación de las semillas durante el tratamiento magnético,
se ha advertido un mayor crecimiento si el eje longitudinal de las semillas se halla
orientado en la dirección norte-sur. Por otro lado, se ha observado que bajo la influencia del
polo norte las plantas crecen altas y delgadas, mientras que bajo la influencia del polo sur
crecen más cortas y gruesas.
Por otro lado y debido a la naturaleza polar del agua, su
paso por un campo electromagnético, se produce una
ordenación en sus moléculas y ciertos cambios
estructurales que se traducen en la variación de algunas
de sus propiedades. Se pueden observar variaciones en
los valores del pH y de la conductividad eléctrica, que
son ligeramente mayores, disminución de la tensión
superficial y viscosidad, así como el incremento de la
solubilidad de distintas sales, principalmente de
carbonato cálcico.
Al tratar el agua con imanes, ésta modifica algunas de sus
propiedades; entre otras se hace más humectante y
atraviesa con mayor facilidad las membranas de las células, facilitando su metabolismo.
Aunque no se conocen completamente los procesos que ocurren durante la germinación de
la semilla, se pueden resumir en los siguientes: absorción de agua, iniciación de la actividad
enzimática con incremento de la velocidad de respiración, asimilación y translocación de
las reservas alimenticias y alargamiento y división celular, dando lugar a la emergencia de
la raíz y la plúmula.
Los campos magnéticos superiores al campo magnético de la Tierra (0,3 – 0,6 Gauss)
producen efectos sobre los organismos biológicos (Ueno, 1996). De acuerdo con Shimazaki
y Shikuoka (1986), las semillas afectadas por campos magnéticos germinan con mayor
intensidad. Jristova (1986) y Savelev (1988) propusieron que el efecto biológico del
tratamiento magnético en las semillas depende de varios factores, entre los que se
mencionan el régimen del tratamiento y la humedad de las semillas a tratar. Por otra parte,
otros autores opinan que el efecto estimulador del campo magnético sobre los objetos
biológicos puede atribuirse a un incremento de la actividad enzimática (Ghole, 1986;
Osipova, 1990) y al aumento de la eficiencia de los procesos relacionados con la división
celular (Pittman, 1965); sin embargo, otras opiniones sugieren que es debido a cambios
producidos en la permeabilidad de las membranas y a la sensibilidad de los mecanismos de
transporte a través de ellas (Newman, 1987; Osipova, 1990).
Los posibles efectos estimulantes de los campos magnéticos sobre el incremento de la
germinación de semillas y el aumento de biomasa en plantas de diferentes especies han sido
reportados desde hace varias décadas (Audus, 1960). Sin embargo, los mecanismos que
producen esos efectos no se han precisado y Phirke et al. (1966) sugieren que, medidas
como el incremento en longitud y masa de las plantas, podrían explicarse por cambios
bioquímicos y alteraciones en la actividad enzimática. Por otra parte, Takimoto et al.
(2001) reportaron que la utilización de campos magnéticos de baja frecuencia en la
germinación de semillas puede suprimir los efectos adversos generados por condiciones de
altas temperaturas y humedades, pero dependiendo de la intensidad y frecuencia del campo
magnético utilizado (Staselis y Duchovskis, 2004).
Los estudios bioquímicos de semillas después de tratamientos magnéticos muestran un
incremento en la actividad de α-amilasa, lo que indica un incremento en la producción de la
hormona vegetal giberelina y la actividad de la enzima hidrolítica fosfatasa ácida.
Por otro lado y enfocándonos en los electroimanes, tenemos que las líneas de campo varían
de la forma del electroimán y si éste posee núcleo (un sólido de hierro dulce) o no ya que,
esto es fundamental para la realización del proyecto. Se puede apreciar de forma gráfica en
la siguiente imagen.
Ahora centrándonos en el modelo del solenoide sin núcleo, se puede apreciar el como las
líneas de campos magnético salen en varias direcciones y vectorialmente hablando, la línea
de campo resultante, sería una recta vertical que saldría desde el centro del solenoide.
Principalmente esa recta es la que se le hace hincapié para el desarrollo de este proyecto.
11.- Plan de Trabajo, Diseño y Metodología
La investigación consta de varios pasos, los cuales serian mencionados a continuación.
1.
Recolectar el agua de mar, realizar las diversas disoluciones a utilizar en la
investigación.
2.
3.
4.
5.
Realizar el cultivo de las distintas plantas para luego trasladarlas al medio
hidropónico con las diversas disoluciones de agua de mar.
Esperar resultados de los cultivos.
Construcción de las bobinas para implementar los campos electromagnéticos.
Escoger la disolución con los resultados más óptimos para la aplicación del
campo electromagnético.
Materiales:
Semillas de lechuga y cebollín
Acuarios
Bombas de agua para acuario
Agua de mar
pHmetro digital
Cintas para pH (escala 1 – 14)
Termómetro de alcohol para laboratorio
Solución para hidroponía (Hidroponiko de Best Garden )
Agua destilada
Tierra de hoja
Aireador para acuario
Alambre de cobre esmaltado
Transformador de corriente
Cola
Diseño y Metodología
Hidroponía con agua de mar
Las semillas, en este caso lechuga y cebollín, fueron germinadas
en tierra de hoja libre de semillas de otras especies (marca
ANASAC) y capsulas Petri, bajo condiciones controladas en
estufa (18°C, 12/12 horas de luz/oscuridad, manteniendo la
humedad con un pocillo de agua destilada), durante 10 días.
Durante el día se mantuvieron en caja transparente con
temperatura y humedad controlada.
Los tratamientos fueron un control con solución para hidroponía
(Hidroponiko de Best Garden) y seis tratamientos salinos
(Solución acuosa de agua de mar 100% V/V, 50% V/V, 25%
V/V, 12,5% V/V 6,25% V/V y 3% V/V), que se aplicaron 10
días después del trasplante en agua, la aireación se realizó con
una bomba de aire (para acuario), la temperatura se controló con
un termómetro de alcohol para laboratorio y un termómetro
digital y el pH fue controlado con pHmetro digital y con cintas
de pH. Las mediciones se tomaron semanalmente durante dos
meses.
Se determinó cuantitativamente las plantas que sobrevivieron a los distintos tratamientos y
se realizaron además 100 observaciones del tejido de L.sativa, con el fin de observar
cambios en las células que componían el tejido de la hoja y en el aparato estomático.
Se realizó el cálculo del % de estomas o índice estomático utilizando la siguiente ecuación,
propuesta por Wilkinson (1979).
NE × 100
I.N = –––––––––––––
NCE + NE
En la cual, NE es el número de estomas por campo de
observación (observación microscópica (microscopio
óptico Olimpus) con un aumento de 400X) y NCE es el
número de células epidérmicas en el campo de
observación.
Hidroponía con agua de mar en presencia de un campo electromagnético
Las bobinas a utilizar serán construidas, a partir de alambre de cobre esmaltado de grosor
0,6 mm, estás tendrán un radio de 2 cm (r = 2cm) y tendrán 20 espiras (N = 20).
Se dispondrá de un trasformador de corriente para hacer tener un voltaje de 12V y así una
intensidad de corriente I, la cual se empleará para obtener un valor del campo magnético a
través de la formula de un solenoide.
B: Campo Electromagnético (Intensidad del Campo)
: Permeabilidad del Aire = 4
10
I: Intensidad de Corriente
L: Largo del solenoide
N: Número de espiras
Se replica todo el proceso anterior, solo que ahora se utilizará aquella dilución que halla
dado un optimo resultado y tenga un ahorro considerable; al ser trasladado el cultivo al
acuario, éste estará en presencia de un campo electromagnético producido por unos
solenoides sin núcleo, los cuales estarán conectados en serie, ya que así, todos poseerán la
misma intensidad de corriente (I) y, por lo tanto, todas tendrán la misma intensidad de
campo magnético (B).
Luego de que el campo esta funcionando, se hará un cálculo de pH y conductancia del agua
magnetizada, para ver si hubo cambio alguno debido a la presencia del campo.
Finalmente se medirá el largo, el peso, se observara la textura de la planta y se analizará si
hubieron cambios favorables o no.
12.- Presentación y Análisis de resultados.
Hidroponía con agua de mar
Inicialmente, se realizan las disoluciones y se hacen germinar las platas (lechuga, L. sativa)
con las mismas y se obtuvieron los siguientes resultados.
% Concentración Salina v/s % Sobrevivencia
90
85
80
75,9
70
60
63,3
Series1
50
40
40
y = 94,746e-0,034x
R² = 0,9978
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
A partir de nuestro gráfico podemos apreciar el promedio del índice de sobrevivencia ante
una determinada concentración de agua de mar.
% V/V agua de mar
25%
12%
6,25%
3%
Índice de sobrevivencia
40%
63,3%
75,9%
85%
Por otra parte se calculo también el índice estomático y se grafico.
Índice Estomático v/s % Concentración Salina
25
23,28
20
15
Series1
14,91
10
8,51
y = 43,053x-0,589
R² = 0,9702
7,04
5
0
0
5
10
15
20
25
30
A partir del gráfico anterior,
anterior, podemos analizar el como afecta el estrés salino a la lechuga,
ya que el estoma, es la estructura encargada del traspaso de agua y esté tiende a cerrarse
cuando no se ocupa, ya que el abrir y cerrar los estomas, necesita de energía. Por lo tanto la
plantaa tiende a cerrar los estomas de manera permanente y hasta los suprime porque solo
necesita una cantidad “x” de estomas para su supervivencia. Y es por esto, que se denota un
descenso bastante evidente en la grafica del índice estomático.
12,5% V/V
6,25% V/V
3% V/V
Análisis hidroponía con agua de mar
Las hortalizas son vegetales sensibles a la salinidad, por lo que el rendimiento
disminuye de forma notable con el exceso de sales en el medio. La salinidad afectó, como
cabría de esperar, al desarrollo de la lechuga (L. sativa), también fue afectada en su % de
sobrevivencia, crecimiento y desarrollo de su aparato estomático, estos resultados están en
concordancia con los estudios realizados, en lo que se refiere a la germinación
germinación, obtuvieron
un menor porcentaje de está y las plántulas que lograron germinar fueron severamente
afectadas cuanto mayor era la concentración salina.
La raíz, como principal órgano de absorción de agua e iones, tiene gran importancia
en la respuesta a corto y largo plazo
plazo al estrés salino. En este órgano se sintetiza ácido
abscísico (ABA), una de las señales tempranas de estrés capaz de producir cambios
fisiológicos locales (conductividad hidráulica) y a distancia (cierre estomático), nuestro
estudio concuerda con esta explicación,
explicación, dado que las L.sativa sobrevivientes en las
concentraciones salinas de 12,5 y 6,25 % las hojas presentaban un menor nivel de turgencia
a la de control, además de que la mayoría de los estomas estaban cerrados y a la vez
disminuidos en número.
Una
na pérdida localizada de la turgencia parece producir plasmólisis de las células
oclusivas y por lo tanto un cierre del estoma, según nuestra observación
13.- Factibilidad del Plan de Trabajo
La aplicación de está innovación tendría un costo relativament
relativamentee bajo, ya que el alambre de
cobre utilizado, presenta un valor de $200 pesos por metro, la corriente si bien en el
proyecto se consigue mediante un transformador, a futuro puede emplearse un panel solar
en conjunto a un condensador y se obtendría la misma corriente que la proporcionada por el
transformador y finalmente habría una reducción del 12,5% del agua potable utilizada que a
grandes rasgos es un ahorro bastante importante y que en un principio se podría invertir en
está técnica y luego se obtendrían únicamente ganancias con está innovación.
14.- Impacto y Estrategia de difusión
Tomando en consideración la gran escasez de agua que existe, y a la poca actividad
agrícola en la ciudad de Antofagasta, se necesitan de soluciones simples pero efectivas,
donde está investigación podría tener lugar ya que resulta no ser costosa y a su vez efectiva.
Para difundir está propuesta, primero se buscaría llegar a las personas que practican la
agricultura en la ciudad de Antofagasta y que se muestren interesadas por la propuesta,
luego se buscaría la instancia para dar charlas informativas para todas aquellas personas
interesadas en el tema y se buscaría el patrocinio de alguna empresa o institución la cual
desee colaborar con el proyecto propiamente tal.
15.- Conclusiones
1.
El uso de agua de mar sin tratar es nocivo para el desarrollo hidropónico para las
lechugas.
2.
Existen diferencias en la tolerancia a la salinidad entre las distintas hortalizas, ya
que se probó con otro tipo de especie y no hubo ningún resultado.
3.
Las semillas de lechuga son capaces de germinar en un 90% en solución salina
de agua de mar al 25% V/V y luego al ser trasplantadas a la solución
hidropónica marina al 25% se obtiene un rendimiento del 100%
4.
Se produce una reducción del índice estomático y un aumento del espesor del
tejido foliar por unidad de área al inicio del crecimiento en las lechugas tratadas
con soluciones marinas al 25 y 12,5 % V/V
5.
Un Campo Electromagnético, si favorece el crecimiento de las plantas, ya sea en
su fase de germinación como la de crecimiento en general.
16.- Proyecciones
1.
La continuidad del trabajo puede implementarse para otros tipos de hortalizas o
vegetales con el fin de determinar aquellos de mayor tolerancia a la salinidad,
seleccionándolos para su cultivo y promoviendo su consumo.
2.
Todos los trabajos consultados al respecto de este tema han sido realizados en
suelo, pensamos que se pueden crear condiciones para el cultivo de algas
marinas utilizando los nutrientes hidropónicos con la finalidad de remediar los
efectos adversos de la contaminación por derrames de petróleo por ejemplo, que
3.
afectan los ecosistemas marinos y cuya recuperabilidad es en el largo plazo por
si solos.
Cuantificar de manera precisa, el cambio que sufrió la planta presente en el
campo magnético.
17.-Aporte a la calidad de vida y al desarrollo sustentable del Recurso hídrico
Debido a que el agua potable en Antofagasta, además de ser escasa, es cara, esto resulta de
manera óptima ya que primero al aplicar agua de mar en la solución de agua que se utilizará
ya sea para la hidroponía como el método tradicional, existirá un ahorro considerable del
agua potable y segundo al fomentar de está manera la producción agrícola en la región, toda
está se vería beneficiada ya que si Antofagasta produce su propio alimento, estos
disminuirán considerablemente su valor ya que se exportaría menos. Por lo tanto, este
proyecto, beneficiaría de manera considerable a la región propiamente tal.
18.- Bibliografía - Webgrafía
Agenda de innovación agraria territorial. Región de Antofagasta. Fundación para la
Innovación Agraria FIA. 2009
MsC. Leticia Fuentes Alfonso, Ing. Maryla Sosa del Castillo y Lic. Yunel Pérez Hernández
, Monografía: “Aspectos fisiológicos y bioquímicos del estrés salino en plantas”. Facultad
de Agronomía, Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”
Leidi Eduardo O. Pardo José M. Tolerancia de los cultivos al estrés salino: ¿qué hay de
nuevo? Revista de Investigaciones de la Facultad de Ciencias Agrarias - UNR - Año2 Nº2 - 2002 -069/090
Jorge Parés, Miguel Arizaleta, María Elena Sanabria y Grisaly García. “Efecto de los
niveles de salinidad sobre la densidad estomática, Indice estomático y el grosor foliar en
plantas de Carica papaya L” Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado Decanato de
Agronomía, Departamento de Fitotecnia. Departamento de Ciencias biológicas.
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http://www.botanical-online.com/florcuidarplantassal.htm
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Partículas magnetizables, Universidad Nacional del Comahue, Facultad de ingeniería.
Materiales Magnéticos, Universidad Tecnológicas Nacional, Facultad Regional Mendoza,
Departamento de Electrónica.