Resumen de Study of ecological hydromulching as a sustainable alternative to plastic films in horticultural crop production: effects on soil quality, plant growth and physiology
- español
Uno de los problemas más importantes que limita el desarrollo de los cultivos en la cuenca Mediterránea es la escasez de recursos hídricos. El cambio climático está agravando este fenómeno. Además, el crecimiento exponencial de la población mundial conlleva una demanda creciente de alimentos, en su mayoría cultivos muy exigentes en recursos hídricos y nutricionales, donde destacan los cultivos hortícolas. Se espera que la exposición al déficit hídrico aumente debido al cambio climático y, junto con la baja disponibilidad de nutrientes en el suelo, el crecimiento y desarrollo de las plantas se verá gravemente afectado, lo que se traducirá en una reducción de los rendimientos de los cultivos y grandes pérdidas económicas. En concreto, las zonas áridas y semiáridas, como las pertenecientes a la cuenca mediterránea, se ven especialmente afectadas por el déficit hídrico. Por lo tanto, el estudio de nuevas agrotecnologías que enfrenten la escasez de agua tiene un gran valor científico y agronómico para esta Región. Tradicionalmente la técnica de acolchado o “mulching” se ha utilizado en la agricultura ya que permite mejorar las condiciones ambientales en la superficie del suelo y parte de la zona radicular de los cultivos. Las consecuencias del uso de acolchados se traducen en una producción más temprana, por el efecto amortiguador de las variaciones de temperatura, un mejor control de la población de flora arvense y un importante ahorro de agua de riego. La intensificación en el uso de materiales plásticos en la agricultura durante muchas décadas, si bien ha incrementado significativamente la productividad, ha provocado también crecientes efectos nocivos sobre el medio ambiente del agroecosistema. Al final de su vida útil, los materiales plásticos utilizados para cubrir el suelo se convierten en una fuente de contaminación cuando no se retiran adecuadamente, bien dejándolos en el suelo o quemándolos. Esta situación ha requerido durante décadas la búsqueda de alternativas a los films plásticos. Se han desarrollado diferentes alternativas para minimizar el impacto ambiental del acolchado plástico. Uno de los enfoques más interesantes, desde un punto de vista medioambiental, para reducir el uso de materiales plásticos es el uso de un material innovador y sostenible como el hidroacolchado. Este consiste en una mezcla semilíquida que se produce a partir de la combinación de agua con un polímero de tipo lignocelulósico, junto con residuos vegetales procedentes de cultivos que posteriormente solidifica en el suelo y simula el efecto de los acolchados tradicionales sobre el cultivo. Cuando el material se deshidrata, se endurece y ejerce su acción de acolchado, siendo un material biodegradable y económico. Los diferentes hidroacolchados estudiados en esta Tesis se han desarrollado mezclando varias sustancias, entre ellas pasta de papel reutilizado, y residuos de diferentes cultivos, paja de trigo, cascarilla de arroz y sustrato que ha sido utilizado previamente en cultivo de champiñón. Todas estas razones han motivado a estudiar el efecto del uso de tres mezclas de hidroacolchado diferentes en cultivos hortícolas, basadas en paja de trigo, cascarilla de arroz o sustrato post-cultivo de champiñón, tanto desde el punto de vista agronómico, considerando su efecto sobre la calidad y fertilidad del suelo así como sobre la calidad y rendimiento del cultivo; y desde un punto de vista fisiológico y bioquímico basado en sus efectos sobre el crecimiento y la fisiología de las plantas en condiciones de estrés hídrico. Teniendo en consideración estas premisas, esta Tesis tiene como objetivo general estudiar el efecto de la aplicación de nuevos materiales acolchados (semi)líquidos ecológicos sobre la calidad del suelo y la producción de cultivos hortícolas de alcachofa y escarola, así como ahondar en la respuesta fisiológica, bioquímica y molecular de las plantas al estrés por sequía.
- English
One of the most important problems that limits the sustained development of the agricultural sector in the Mediterranean basin is the scarcity of water resources, because of its low annual rainfall defined by its semi-arid climate. Climate change is aggravating this phenomenon, having an intense impact on productive agricultural activities. Crop yields are expected to decline over the next several decades in most current production areas and for most crops. In addition, the exponential growth of the world population entails a growing demand for food, mostly crop plants that are very demanding in terms of water and nutritional resources, particularly horticultural crops. The abiotic stresses, such as drought, salinity, and high temperatures, are among the factors that most negatively affect horticultural production in the Mediterranean basin. The exposure to water deficit is expected to increase because of climate change and, together with the low availability of nutrients in the soil, growth and plant development will be severely affected, resulting in a reduction of crop yields and large economic losses. Specifically, arid and semi-arid areas such as those belonging to the Mediterranean Basin, are particularly affected by water deficit. Therefore, the study of new agrotechnologies that face water scarcity has a great scientific and agronomic value for this Region. Generally, mulching has been used in agriculture to control the crop environmental conditions at the soil surface and part of the root zone. The advantages of mulching involve earlier and higher yields due to the buffering effect of temperature variations, better control of weed population, and significant savings in irrigation water for horticultural crops. The intensification in the use of plastic materials in agriculture for many decades, even though it has significantly increased crop productivity, has also provoked harmful effects in the agroecosystem. At the end of its useful life, the plastic material used to cover the soil turns into a source of pollution when it is not properly removed, when it is kept in the soil or burnt it. This situation has conducted to the search for ecological alternatives to plastic films. One of the most promising approaches to reduce the use of plastic films is the use of ecological hydromulching, which is a (semi)liquid mulching based on reused crop wastes and other organic materials. In this Thesis, we have studied different hydromulching formulations which have been developed by mixing different organic materials, including paper pulp and crop residues (wheat straw, rice hulls, and a substrate used for mushroom cultivation). These hydromulches solidify on the soil after their application, simulating the effect of traditional mulches on the crop. The use of hydromulches can result in lower water use by preventing soil evaporation, increased soil water-holding capacity, higher nutrient availability due to the decomposition of the hydromulch, reduced water runoff, and protection against certain diseases. The numerous potential benefits have persuaded us to study the effect of hydromulching in horticultural crops, both from an agronomical point of view, considering its effect on soil quality and crop production; and from a physiological and biochemical point of view, studying the mechanisms involved. Furthermore, unraveling the complexities of plant responses to drought stress by using this agrotechnology, could facilitate the development of climate-resilient crops to secure global food production. Therefore, the general objective of this Thesis was to study the effect of the application of new ecological semiliquid mulching materials on soil quality and horticultural crop production, as well as to unravel the physiological and biochemical responses to drought stress.
