Sustrato de fibra de palma aceitera (Elaeis guineensis) e hidrogel para Aptenia cordifolia

Introducción

El incremento sostenido de residuos sólidos de origen agrícola representa un desafío ambiental a nivel global, en especial en regiones productoras de palma aceitera (Elaeis guineensis), cuyo procesamiento genera grandes volúmenes de residuos fibrosos que no reciben manejo adecuado. (Khalil, H. P. S., et al., 2012). La fibra de palma ha sido empleada en compuestos biodegradables y bioenergéticos (Khalil et al., 2012), pero su uso como sustrato hortícola sigue siendo limitado, debido a la falta de estudios que optimicen su procesamiento y formulación para aplicaciones en el campo de las plantas ornamentales. Es importante investigar a fondo la utilización actual y el impacto ambiental de las industrias del aceite de palma en el mundo. (Kaniapan et al., 2021).

En este contexto, el crecimiento urbano ha motivado el uso de techos verdes como solución basada en infraestructura verde, capaz de mitigar islas de calor y recuperar cobertura vegetal. (Jaffal et al., 2012). Dichas estructuras requieren sustratos con propiedades específicas: peso reducido, aireación adecuada y retención de humedad (Cakar et al., 2023). Además, la inclusión de materiales reciclados o derivados de procesos industriales, como residuos orgánicos estabilizados o derivados de procesos de incineración son considerados potenciales insumos en la elaboración de sustratos para techos verdes (Rowe, 2011). Los residuos orgánicos son en muchos casos insumos ideales para el uso en la elaboración de sustratos (Soobhany, 2019; Kader, 2024). Así, la incorporación de residuos agroindustriales podría contribuir simultáneamente a la sostenibilidad ambiental y a la eficiencia funcional de los techos verdes. El aprovechamiento de residuos agrícolas para la formulación de sustratos representa una estrategia efectiva para promover la economía circular y reducir la carga ambiental, especialmente cuando se emplean fibras lignocelulósicas de palma u otros subproductos agroindustriales (Ahmad et al., 2018 y Milla, 2021)

La combinación de materiales reciclados con aditivos superabsorbentes, como poliacrilato de potasio representa una opción prometedora para mejorar las propiedades hídricas de los sustratos. (Otorres y Soto, 2017 y Peyrusson, 2021).

El poliacrilato de potasio actúa como polímero superabsorbente que, al incorporarse a sustratos o suelos, incrementa considerablemente su capacidad de retención hídrica, lo que permite liberar agua lentamente hacia las raíces y reducir la frecuencia de riego (Sroka y Sroka, 2024), aunque su aplicación en techos verdes ha sido poco explorada, especialmente en combinación con residuos agroindustriales como la fibra de palma aceitera.

La presente investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de dos tipos de sustrato (con y sin fibra de palma) combinados con niveles crecientes de hidrogel, sobre el crecimiento de Aptenia cordifolia en condiciones simuladas de techo verde; bajo el supuesto que la fibra de palma y el poliacrilato mejorarían el crecimiento vegetal y la retención hídrica del sistema y contribuiría de manera eficaz en la formación de biomasa, lo cual puede impulsar la difusión de los techos verdes como una solución al contexto de islas de calor urbanas.

Materiales y métodos

El estudio se desarrolló entre noviembre de 2023 y febrero de 2024 en la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM), Lima, Perú. La temperatura promedio osciló entre 20,3 y 24,5 °C, con humedad relativa media de 77 % y una radiación solar promedio de 5,4 kWh/m/día. De otro lado, se utilizó como material de siembra esquejes de Aptenia cordifolia de 10 cm.

Se instalaron módulos para techos verdes simulados, mediante el uso de contenedores de plástico, sobre una estructura metálica de 1,4 m por 0,9 m de área, sobre este soporte se colocaron rejillas de parihuela recicladas. Cada módulo fue de 57 cm de largo, 37 cm de ancho y 11 cm de altura, se usó una geomembrana como capa drenante, se colocó una capa de geotextil sobre la base y en lados laterales del módulo como capa filtrante que impide la filtración de partículas del sustrato (Figuras 1 y 2).

El diseño experimental fue de Parcelas Divididas (DPD), con arreglo factorial 2 x 4, donde el factor A corresponde a los tipos de sustrato (S1 y S2), que representan las parcelas principales y cada una de estas parcelas están divididas en cuatro (4) subparcelas, en las que se dispone el factor B al porcentaje de poliacrilato de potasio (0, 100, 150 y 200 g/m²), distribuidas aleatoriamente (Figura 3). De ese modo, se evaluaron dos sustratos: El nivel de S1 con (60 % fibra de palma + 40 % compost) y S2 con (33,33 % cascarilla de arroz, 44,44 % arena y 22,22 % compost), y cuatro niveles de poliacrilato, conformando ocho (8) tratamientos, con tres repeticiones y un total de veinticuatro (24) unidades experimentales. Estudios recientes han demostrado que la fibra de mesocarpio de palma presenta baja conductividad térmica y propiedades estructurales adecuadas para su aplicación en cubiertas verdes (Rahardja et al., 2022)

El hidrogel fue hidratado previamente (10 g/L) y aplicado en los 5 cm superiores del sustrato. El riego fue por goteo: diario la primera semana y luego cada 3 días. Las labores agronómicas a lo largo de la experimentación fueron, control manual de malezas, monitoreo semanal de plagas y enfermedades. El uso de hidrogeles de origen biodegradable o formulados a partir de biomasa agrícola ha mostrado mejoras sustanciales en la retención de humedad en suelos y sustratos (Alsubiae et al., 2025).

Las variables evaluadas incluyeron: cobertura vegetal (Figura 01), área foliar (relación peso–área y el procesamiento de imágenes), coloración foliar (CR-400 Minolta), biomasa seca, longitud de tallo, número de hojas y longitud radicular. El análisis estadístico, para estas variables de respuesta, fue mediante ANOVA y con la prueba de Tukey con alpha de 0.05.

Resultados y discusión

Los resultados evidenciaron (Tabla 1) que el sustrato S1 (fibra de palma + compost) presentó una menor densidad aparente (0,22 g/cm³) y una mayor capacidad de retención de agua respecto al sustrato convencional S2 (0,97 g/cm³). Estas propiedades físicas representan una ventaja relevante en sistemas de techos verdes extensivos, donde se requiere menor carga estructural (Cakar et al, 2023), asimismo, la disponibilidad hídrica constituye un factor determinante para el establecimiento y desarrollo de la vegetación. La menor densidad observada en S1 puede atribuirse a la naturaleza fibrosa y altamente porosa de la fibra de palma, la cual favorece la formación de espacios porosos y reduce la compactación del medio de crecimiento. Asimismo, la mayor retención de agua estaría relacionada con la elevada superficie específica y capacidad de absorción de este material orgánico. De forma similar, Milla (2021) evidenció que los sustratos compuestos por fibras vegetales como coco o bagazo de caña presentan una menor densidad aparente y una mayor capacidad de aireación, lo que favorece el crecimiento vegetal en techos verdes.

Tabla 1.

Análisis de propiedades físicas de los sustratos.

Sustrato

Densidad real

Densidad aparente

Drenaje (%)

Retención de humedad

Porosidad (%)

aceitera +

arena de rio

+ compost

Fuente: Laboratorio de análisis de Suelos, Plantas, Aguas y Fertilizantes - LASPAFUNALM Desde el punto de vista químico, el sustrato S1 presentó una mayor conductividad eléctrica y contenido de materia orgánica, sin comprometer el rango adecuado de pH para plantas ornamentales (Tabla 2).

Además, la relación C/N de 14.14 indica un material estable y balanceado para la liberación de nutrientes lo que concuerda con reportes de sustratos orgánicos estabilizados.

compost

Fuente: Laboratorio de análisis de Suelos, Plantas, Aguas y Fertilizantes - LASPAFUNALM Los tratamientos, con sustrato S2, mostraron mayor cobertura vegetal (88,95 %) alcanzando su máximo en S2 con 200 g/m² de poliacrilato de potasio (87,50 %) con respecto a los tratamientos con sustrato S1 que apenas superaron el 76,61 %. Indicativo de un mejor establecimiento inicial y expansión foliar, probablemente asociado a una mayor estabilidad mecánica o mejor establecimiento inicial de Aptenia cordifolia. Estos resultados coinciden con los hallazgos de Cáreres et al. (2024), quienes observaron una mayor cobertura vegetal en techos extensivos con mezclas de especies adaptadas a condiciones de alta exposición solar y evaporación. En línea con Getter y Rowe (2006), estos resultados refuerzan la importancia de la estructura física del sustrato para lograr una cobertura rápida, especialmente en techos expuestos a insolación constante. Asimismo, se observó una tendencia al aumento del área foliar y biomasa aérea con el uso de hidrogel, aunque sin diferencias estadísticas significativas entre niveles de hidrogel (Priera et al., 2022 y Khater, 2015).

Como se observa en la Figura 4 muestra la variación de la cobertura vegetal de Aptenia cordifolia evidenciando que este componente aumentó de forma acelerada durante las primeras semanas, para luego estabilizarse conforme el follaje cubrió gran parte de la superficie disponible. Este patrón sugiere que la especie posee una fase inicial de rápido crecimiento vegetativo, seguida por una etapa de saturación de cobertura, comportamiento típico en especies rastreras utilizas para techos verdes extensivos. Estos resultados concuerdan con Santamouris (2014) y VanWoert et al. (2005), quienes destacan la importancia de la vegetación en la eficiencia térmica y el rápido establecimiento del follaje en techos verdes. La combinación fibra de palma + hidrogel mostró la mejor sinergia en términos de velocidad y estabilidad del cubresuelo. Las implicancias de estos hallazgos son relevantes para el diseño y selección de especies en techos verdes urbanos. Una cobertura rápida y uniforme no solo mejora la calidad estética, si no que también contribuye a la regulación térmica, disminuye la erosión superficial del sustrato y reduce la colonización de especies invasoras. En consecuencia, Aptenia cordifolia se perfila como una alternativa promisoria para proyectos de infraestructura verde en regiones con condiciones climátivas similares a las evaluadas en este estudio.

El área foliar según que se presenta en la Tabla 3, y la longitud de tallos también fueron superiores en sustratos con fibra. El poliacrilato no generó diferencias significativas, pero mostró efectos positivos combinados (Rudzinski, 2002 y Rifat y Safdar, 2004).

Tabla 3.

Efecto de los tipos de sustrato y niveles de hidrogel en el área foliar por planta del cultivo Aptenia cordifolia.

Tratamiento

S1 S2

Significancia

C.V. (%)

P0 P1 P2 P3

Significancia

C. V. (%)

Tipos de sustratos

Niveles de poliacrilato

Área foliar (cm²)

810.18 b

1341.14 a

* 41.03

945.91 a

1072.23 a

1133.90 a

1150.59 a

n. s. 16.68

Nota: Tratamientos con letras iguales no son significativamente diferentes entre sí según la prueba de Tukey al 5% n. s., no significativo.

La biomasa foliar (Materia seca de la parte aérea, expresada en %) fue mayor en el sustrato S1 (6,99 %) respecto al convencional S2 (6,09 %). No se observaron diferencias significativas en la biomasa radicular. El hidrogel actuó como estabilizador hídrico en sustratos más porosos (Volder y Dvorak, 2014). Este comportamiento sugiere que la eficacia del polímero no depende únicamente de la dosis aplicada, sino también de las propiedades físicas e hídricas del sustrato en el que se incorpora. Los resultados expuestos coinciden con reportes que promueven el uso de fibras vegetales en sistemas urbanos verdes (Bozorg Chenani et al., 2015; Saadatian et al., 2013), integrando sostenibilidad y economía circular. Bajo estas condiciones, el aporte adicional del hidrogel podría resultar menos evidente debido a que el medio de crecimiento ya proporciona una reserva hídrica suficiente para satisfacer las necesidades de la planta. La combinación de un material altamente poroso con un polímero capaz de almacenar agua podría mejorar la disponibilidad hídrica durante periodos prolongados de estrés, incrementando la resiliencia del sistema frente a condiciones climáticas adversas.

El análisis colorimétrico evidenció que las propiedades ópticas foliares de Aptenia cordifolia fueron determinadas de manera significativa por el tipo de sustrato. La coloración foliar, mostró mayor luminosidad (L*= 49,90^a) y saturación amarilla (b*= 25,4^b) en las plantas cultivadas en el sustrato convencional S2 en comparación con las cultivadas en el sustrato con fibra de palma S1 (L*= 45,9^b; (b*= 19,7^a). Fisiológicamente, este patrón se asocia a la estabilidad matricial y mayor retención de humedad en el sustrato convencional, el cual, al mitigar el estrés hídrico transitorio en el techo verde, propició un desarrollo morfológico vigoroso, caracterizado por una mayor expansión del área foliar (1 341,14 cm²) y un incremento en el número de brotes en crecimiento (5,69^a), factores que alteran mecánicamente el índice de reflexión de la luz global incidente sobre la cutícula de la hoja. Por el contrario, el mayor porcentaje de materia seca de la parte aérea registrado en S1 (6,99 % vs. 6,09 %) podría reflejar una menor hidratación tisular asociada al alto drenaje libre de la fibra de palma generado por una macroporosidad intergranular que facilita el drenaje bajo gravedad pasiva. No obstante, el agua residual capturada en la microporosidad intraestructural de las fibras lignocelulósicas queda retenida bajo potenciales mátricos marcadamente negativos. Aunque este volumen de agua eleva cuantitativamente el porcentaje de retención total del sustrato, su baja difusividad hídrica y alta energía de succión impiden que sea termodinámicamente accesible para el sistema radicular de Aptenia cordifolia., respuesta coherente con las estrategias osmoreguladoras documentadas en suculentas CAM bajo déficit hídrico intermitente (Borland et al., 2009) Esto demuestra que en cubiertas verdes extensivas basadas en materiales fibrosos, el volumen total de agua retenida no es un indicador lineal de la hidratación del tejido, siendo el potencial mátrico el verdadero modulador del vigor vegetativo.

Tabla 4.

Efecto de los tipos de sustrato y niveles de hidrogel en los brotes en crecimiento parámetros de color (L, a*, b*), materia seca parte aérea, área foliar, longitud radicular, materia seca radicular en la planta Aptenia cordifolia.

Tratamiento

Brotes en crecimiento (und)

Luminosidad

Factor a*

Factor b*

Materia seca parte aérea (%)

Área foliar

Longitud radicular (cm)

Materia seca radicular (%)

Tipos de sustrato

Nota: Tratamientos con letras iguales no son significativamente diferentes entre sí según la prueba de Tukey al 5% y 1%. n.s.: no significativo.

Conclusiones

La fibra de palma aceitera (Elaeis guineensis) modificó significativamente las propiedades físicas del medio de crecimiento para techos verdes extensivos, reduciendo considerablemente la densidad aparente a 0,22 g/cm3 en comparación con el sustrato convencional (0,97 g/cm3). Esta característica representa una ventaja crítica para minimizar la carga muerta en la infraestructura urbana.

Los resultados obtenidos indican que la aplicación de poliacrilato de potasio no produjo efectos estadísticamente significativos sobre las variables morfofisiológicas evaluadas, (área foliar, biomasa aérea, coloración foliar y número de brotes). No obstante, la dosis máxima (200 g/m²) incrementó significativamente la longitud radicular (47,77 cm vs. 34,99 cm en el control), lo que sugiere un rol como estabilizador hídrico secundario que favorece la arquitectura radicular y el anclaje en sustratos de alta porosidad. La ausencia de diferencias significativas en la mayoría de variables puede explicarse por la propia naturaleza fisiológica de la especie, caracterizada por una elevada tolerancia a condiciones de déficit hídrico debido a su metabolismo CAM y a su capacidad de almacenamiento de agua en tejidos suculentos.

Se valida la viabilidad técnica en el uso de la fibra de palma aceitera como componente de sustratos ultraligeros para techos verdes extensivos. Su implementación exitosa requiere complementar el diseño del sustrato con estrategias de manejo hídrico —ajuste de frecuencia de riego e incorporación de poliacrilato— para garantizar una cobertura vegetal rápida y uniforme durante el establecimiento. Aptenia cordifolia se confirma como una especie adecuada para estas condiciones, dada su adaptabilidad fisiológica y capacidad de colonización en sustratos ligeros.

Agradecimientos

La presente investigación fue desarrollada en el marco del Programa de Investigación de Plantas Ornamentales de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM). Los autores expresan su agradecimiento por el apoyo técnico, logístico y académico brindado durante la ejecución del estudio, así como por las facilidades otorgadas para el uso de las instalaciones y equipos experimentales.

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