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Importancia de las arvenses halófitas para la conservación y manejo sustentable de un paisaje agrario salino: caso Villamar, Michoacán, México

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dc.contributor.author Lastiri Hernández, Marcos Alfonso
dc.date.accessioned 2021-09-14T00:35:45Z
dc.date.available 2021-09-14T00:35:45Z
dc.date.created 2021-06-03
dc.date.issued 2021-09-08
dc.identifier.citation Lastiri Hernández, Marcos Alfonso. (2021). Importancia de las arvenses halófitas para la conservación y manejo sustentable de un paisaje agrario salino: caso Villamar, Michoacán, México (Doctorado en Ciencias en Conservación del Patrimonio Paisajístico). Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional, Unidad Michoacán, México. es
dc.identifier.uri http://tesis.ipn.mx/handle/123456789/29451
dc.description Tesis (Doctorado en Ciencias en Conservación del Patrimonio Paisajístico). Instituto Politécnico Nacional, CIIDIR, Unidad Michoacán, 2021, 1 archivo PDF, (40 páginas).tesis.ipn.mx es
dc.description.abstract RESUMEN: Millones de hectáreas en el mundo están siendo afectadas por la salinidad y cada año que pasa se vuelven más improductivas por el efecto de la acumulación de sales. En la región de la Ciénega de Chapala porción Michoacán uno de los factores que originan la salinidad, deriva de la mala calidad del agua subterránea; situación que afectan directamente el establecimiento y desarrollo de agroecosistemas. Ante este contexto ha surgido la necesidad de buscar nuevas alternativas que coadyuven a retornar el ambiente alterado a su condición natural. La fitodesalinización se presenta como una alternativa sustentable, principalmente por su capacidad para extraer, inmovilizar o eliminar contaminantes orgánicos e inorgánicos en diversos medios. El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial que presentan las especies halófitas para la rehabilitación, conservación y manejo del paisaje agrario en el municipio de Villamar, Michoacán. La investigación se realizó en siete etapas. La primera, consistió en generar un modelo de nicho ecológico (ENM) para determinar sitios o áreas potenciales donde el crecimiento y desarrollo de especies halófitas son los más adecuados. Para determinar el número de especies halófitas en la zona de estudio se utilizó el método de cuadrante aleatorio. El material recolectado por sitio fue separado e identificado. Se tomaron cien muestras del suelo a una profundidad de 20 cm para el análisis de cinco propiedades químicas. Los datos de evaporación, precipitación y temperatura mínima y máxima se obtuvieron de 34 estaciones meteorológicas. Se aplicaron técnicas geo estadísticas para la predicción espacial de las variables climáticas y edáficas. Además, se recuperaron cinco escenas del satélite Sentinel-2A y el modelo de elevación digital. El análisis de componentes principales se realizó en los 15 predictores ambientales. Se utilizaron diez algoritmos para realizar el ENM. Los resultados de ENM de las especies halófitas se reclasificaron en mapas binarios. Se creó un mapa de riqueza de especies (PRS) de acuerdo con las predicciones de la suma de mapas binarios. El mapa de PRS se utilizó para definir los sitios potenciales para el crecimiento y desarrollo de especies halófitas de interés antropogénico. En la zona muestreada se encontraron diez especies de halófitas, de las cuales el 70% eran nativas. Los primeros siete componentes principales (95% de la varianza acumulada) se utilizaron para el ENM. Los valores de AUC de los modelos de especies halófitas oscilaron entre 0,61 y 0,98. Además, se encontró que el 38% del área total muestreada se considera adecuada para el crecimiento y desarrollo de, al menos, una especie halófita. La segunda etapa, consistió en evaluar la capacidad de las halófitas Bacopa monnieri y Sesuvium verrucosum para mejorar las propiedades químicas de un suelo arcilloso fuertemente salino, en campo, durante un período de 240 días y examinar su potencial para asociarse con el cultivo de maíz (Zea mays) en la superficie previamente desalinizada (Lastiri-Hernández et al. 2020b). Los resultados mostraron que la asociación de las especies B. monnieri y S. verrucosum tiene el potencial de mejorar las características químicas del suelo severamente salino y arcilloso, mostrando reducciones de conductividad eléctrica de 11.13 a 7.97 dS m-1 y pH de 7.84 a 7.42. También, se encontró que la asociación de estas plantas presenta una capacidad de fitodesalinización de 1.21 t Na+ ha-1, esto sirvió para preparar las condiciones para el crecimiento de Zea mays y generar rendimientos de 8.5 t ha-1. En la tercera etapa, se evaluaron los efectos del agua salina en los parámetros de crecimiento, desarrollo y rendimiento del cultivo de Allium cepa, con y sin el acompañamiento de tres especies halófitas (Sesuvium verrucosum, Trianthema ortulacastrum y Bacopa monnieri), así como evaluar la capacidad de las especies halófitas para mitigar los efectos de la salinidad del suelo. Los resultados mostraron que los tratamientos con halófitas mejoraron el rendimiento del cultivo en 52.89, 39.81 y 11.58%, respectivamente, sobre el testigo (sin halófitas). Además, con la aplicación de agua salina (5.2 dS m-1), los mismos tratamientos mostraron una reducción de la conductividad eléctrica del suelo de 60.80, 50.66 y 41.68% con respecto al testigo, lo que resultó en un adecuado desarrollo del cultivo. Por tanto, la asociación de las halófitas con A. cepa mostró un mejor crecimiento, desarrollo, rendimiento y mitigación de los efectos de la salinización en suelo arcilloso cuando se riega con agua fuertemente salina. La cuarta etapa, se enfocó en evaluar la capacidad de fitodesalinización de Sesuvium verrucosum, sola y en combinación con yeso agrícola (CaSO4 2H2O) y Polisul-C, para remediar un suelo moderadamente salino a nivel de invernadero y en condiciones de no lixiviación. Para ello, se utilizaron tubos de cloruro de polivinilo (PVC), los cuales se llenaron con 8 kg de suelo arcilloso y conductividad eléctrica de 6.21 dS m-1. Se analizaron muestras de suelo para determinar la ECe y el contenido de cationes solubles e intercambiables (Na+, K+, Ca2+ y Mg2+). Luego, las plantas halófitas se dividieron en raíces y partes aéreas y se determinó el contenido de Na+, K+, Ca2+ y Mg2+. Los resultados mostraron que la capacidad de fitodesalinización de S. verrucosum aumenta significativamente cuando se usa en combinación con cualquiera de las enmiendas probadas. Este aumento ocurrió principalmente en las capas superiores del suelo arcilloso (0-30 cm). También, se encontró que la asociación de S. verrucosum con el CaSO4 2H2O demostró ser el tratamiento más efectivo, ya que, se observó una mayor ganancia de biomasa, acumulación de Na+ en la parte aérea y mejora en las propiedades químicas del suelo. La quinta etapa, estuvo orientada a evaluar los factores que promueven la adopción de la fitodesalinización entre los productores agrícolas del municipio de Villamar, México. Para lo cual, se diseñaron y aplicaron doscientos cuarenta y cinco encuestas semiestructuradas a los agricultores que participaron en diversos eventos para difundir la práctica de la fitodesalinización. Se recopiló información sobre las características socioeconómicas/demográficas y los niveles de afectación de sus parcelas por efectos de la salinidad. A través de una regresión logística utilizando restricción de Lasso, se evaluaron los factores que influyen en las decisiones de los agricultores de adoptar la fitodesalinación en sus modelos productivos específicos. Los resultados mostraron que más del 87% de los agricultores encuestados son hombres, que su edad promedio es de 52 años, que más del 82% tiene como máximo una educación primaria o secundaria, que el tamaño promedio de las parcelas en el área de estudio es de aproximadamente 4 ha, que más del 76% de los agricultores son nativos de la zona y que aproximadamente el 84% utiliza su producción exclusivamente para la venta. También, se encontró que, los agricultores encuestados están influenciados principalmente por factores institucionales (nivel de asesoramiento brindado para implementar la fitodesalinación); factores organizativos (habilidades y competencias necesarias para propagar las especies halófitas de acuerdo con la longitud de las parcelas y el acceso a las plantas halófitas); factores económicos (tiempo de implementación y costos, acceso al crédito, incentivos gubernamentales y el nivel de afectación de la parcela) y, factores sociales (género y situación residencial). La sexta etapa, consistió en determinar la capacidad de enraizamiento de los esquejes de la especie halófila S. verrucosum y analizar los cambios de magnitud en sus parámetros biométricos, a partir de diferentes concentraciones en el tratamiento hormonal, en un período de 90 días. El estudio surgió, por ser una práctica agrícola que demanda una gran cantidad de material vegetal por hectárea. Para el desarrollo del experimento se utilizó un diseño experimental completamente al azar y se consideraron dos factores: las concentraciones de ácido indol butírico (IBA) (0, 800, 1200, 1600, 2000 y 4000 mg L-1) y la posición de los esquejes (basal-intermedio e intermedio-apical). Los resultados obtenidos mostraron diferencias significativas entre los diferentes tratamientos. Las estacas de la porción intermedio-apical fueron las que obtuvieron un mayor porcentaje de enraizamiento, número de raíces, peso fresco y seco, tanto de la raíz como del área de la planta, diámetro del tallo y altura de la planta, principalmente a una concentración de 2 000 mg L-1. El trabajo demostró que, a través de este método, es posible implementar la fitodesalinización de manera extensiva. La séptima etapa, consistió en evaluar el costo que presenta la fitodesalinización respecto a la aplicación del yeso agrícola para rehabilitar una parcela con problemas severos de salinidad, a partir de las prácticas agrícolas, los precios de mercado y la infraestructura que disponen los productores del municipio de Villamar-Michoacán, México, durante el desarrollo de su labor agrícola. Se hicieron recorridos de campo a los diferentes ejidos que conforman el municipio y se aplicaron 317 cuestionarios semiestructurados para conocer los elementos que se encuentran vinculados con su labor productiva. Para determinar el costo de la fitodesalinización, se consideró la producción de la biomasa, el manejo agronómico y el valor de la biomasa generada. En el caso del yeso agrícola, se consideraron cuatro aspectos: la preparación previa del suelo, la nivelación del terreno, el manejo agronómico y los costos relacionados con la adquisición de la enmienda. Los resultados mostraron que el costo de la fitodesalinización fue 8.1% menor, en comparación con la aplicación del yeso agrícola, al presentar un valor de $ 4,730.29 dólares por hectárea. Lo que demuestra que es una práctica agrícola sostenible, orientada a mejorar la economía de los productores, principalmente, cuando se busca implementar a gran escala. Palabras clave: Enmiendas químicas, fitodesalinización, halófitas, manejo agronómico, paisaje, suelos salinos. ABSTRACT: Millions of hectares in the world are being affected by salinity and with each passing year they become more unproductive due to the effect of the accumulation of salts. In the Ciénega de Chapala region of Michoacán, one of the factors that originate salinity derives from the poor quality of the groundwater; situation that directly affect the establishment and development of agroecosystems. In this context, the need has arisen to search for new alternatives that help to return the altered environment to its natural condition. Phytodesalination is presented as a sustainable alternative, mainly due to its ability to extract, immobilize or eliminate organic and inorganic pollutants in various media. The objective of this work was to evaluate the potential of halophyte species for the rehabilitation, conservation and management of the agricultural landscape in the municipality of Villamar, Michoacán. The research was carried out in seven stages. The first consisted of generating an ecological niche model (ENM) to determine potential sites or areas where the growth and development of halophyte species are the most appropriate. The random quadrant method was used to determine the number of halophyte species in the study area. The material collected by site was separated and identified. One hundred soil samples were taken at a depth of 20 cm for the analysis of five chemical properties. The evaporation, precipitation and minimum and maximum temperature data were obtained from 34 meteorological stations. Geostatistical techniques were applied for the spatial prediction of climatic and edaphic variables. In addition, five scenes were recovered from the Sentinel -2A satellite and the digital elevation model. The principal component analysis was performed on the 15 environmental predictors. Ten algorithms were used to perform the ENM. The ENM results of the halophyte species were reclassified into binary maps. A species richness map (PRS) was created according to the predictions of the sum of binary maps. The PRS map was used to define potential sites for the growth and development of halophyte species of anthropogenic interest. Ten species of halophytes were found in the sampled area, of which 70% were native. The first seven principal components (95% of the cumulative variance) were used for the ENM. The AUC values of the halophyte species models ranged from 0.61 to 0.98. In addition, it was found that 38% of the total area sampled is considered adequate for the growth and development of at least one halophyte species. The second stage consisted of evaluating the ability of the halophytes Bacopa monnieri and Sesuvium verrucosum to improve the chemical properties of a strongly saline clay soil, in the field, during a period of 240 days and examine their potential to associate with the cultivation of corn (Zea mays) on the previously desalinated surface (Lastiri-Hernández et al., 2020b). The results showed that the association of the species B. monnieri and S. verrucosum has the potential to improve the chemical characteristics of severely saline and clayey soil, showing reductions in electrical conductivity from 11.13 to 7.97 dS m-1 and pH from 7.84 to 7.42. Also, it was found that the association of these plants has a Phytodesalination capacity of 1.21 t Na+ ha-1, this served to prepare the conditions for the growth of Z. mays and generate yields of 8.5 t ha-1. In the third stage, the effects of saline water on the growth, development and yield parameters of the Allium cepa crop were evaluated, with and without the accompaniment of three halophyte species (Sesuvium verrucosum, Trianthema ortulacastrum and Bacopa monnieri), as well as evaluating the ability of halophyte species to mitigate the effects of soil salinity. The results showed that the treatments with halophytes improved the crop yield by 52.89, 39.81 and 11.58%, respectively, over the control (without halophytes). In addition, with the application of saline water (5.2 dS m-1), the same treatments showed a reduction in the electrical conductivity of the soil of 60.80, 50.66 and 41.68% with respect to the control, which resulted in an adequate development of the crop. Therefore, the association of halophytes with A. cepa showed better growth, development, yield and mitigation of the effects of salinization in clay soil when irrigated with strongly saline water. The fourth stage focused on evaluating the Phytodesalination capacity of Sesuvium verrucosum, alone and in combination with agricultural gypsum (CaSO4 2H2O) and Polisul-C, to remedy a moderately saline soil at the greenhouse level and under non-leaching conditions. For this, polyvinyl chloride (PVC) tubes were used, which were filled with 8 kg of clay soil and electrical conductivity of 6.21 dS m-1. Soil samples were analyzed to determine the ECe and the content of soluble and exchangeable cations (Na+, K+, Ca2+ and Mg2+). Then, the halophytic plants were divided into roots and aerial parts and the content of Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ was determined. The results showed that the Phytodesalination capacity of S. verrucosum is significantly increased when used in combination with any of the tested amendments. This increase occurred mainly in the upper layers of the clay soil (0-30 cm). Also, it was found that the association of S. verrucosum with CaSO4 2H2O proved to be the most effective treatment, since a greater biomass gain, accumulation of Na+ in the aerial part and improvement in the chemical properties of the soil was observed. The fifth stage was aimed at evaluating the factors that promote the adoption of Phytodesalination among agricultural producers in the municipality of Villamar, Mexico. For which, two hundred and forty-five semi-structured surveys were designed and applied to farmers who participated in various events to disseminate the practice of Phytodesalination. Information was collected on the socioeconomic / demographic characteristics and the levels of affectation of their plots due to the effects of salinity. Through a logistic regression using Lasso restriction, the factors that influence the decisions of farmers to adopt Phytodesalination in their specific production models were evaluated. The results showed that more than 87% of the surveyed farmers are men, that their average age is 52 years, that more than 82% have at most a primary or secondary education, that the average size of the plots in the study area It is approximately 4 ha, that more than 76% of the farmers are native to the area and that approximately 84% use their production exclusively for sale. Also, it was found that the surveyed farmers are influenced mainly by institutional factors (level of advice provided to implement Phytodesalination); organizational factors (skills and competencies necessary to propagate halophyte species according to the length of the plots and access to halophyte plants); economic factors (implementation time and costs, access to credit, government incentives and the level of involvement of the plot) and social factors (gender and residential situation). The sixth stage consisted of determining the rooting capacity of the cuttings of the halophilic species S. verrucosum and analyzing the magnitude changes in their biometric parameters, from different concentrations in the hormonal treatment, in a period of 90 days. The study arose, because it is an agricultural practice that demands a large amount of plant material per hectare. For the development of the experiment, a completely randomized experimental design was used and two factors were considered: the concentrations of indole butyric acid (IBA) (0, 800, 1200, 1600, 2000 and 4000 mg L-1) and the position of the cuttings (basal-intermediate and intermediate-apical). The results obtained showed significant differences between the different treatments. The cuttings of the intermediate-apical portion were those that obtained a higher percentage of rooting, number of roots, fresh and dry weight, both of the root and of the plant area, stem diameter and plant height, mainly at a concentration of 2,000 mg L-1. The work showed that, through this method, it is possible to implement Phytodesalination extensively. The seventh stage consisted of evaluating the cost of Phytodesalination with respect to the application of agricultural gypsum to rehabilitate a plot with severe salinity problems, based on agricultural practices, market prices and the infrastructure available to the producers of the municipality from Villamar-Michoacán, Mexico, during the development of his agricultural work. Field trips were made to the different ejidos that make up the municipality and 317 semi structured questionnaires were applied to know the elements that are linked to their productive work. To determine the cost of Phytodesalination, biomass production, agronomic management and the value of the biomass generated were considered. In the case of agricultural gypsum, four aspects were considered: the previous preparation of the soil, the leveling of the land, the agronomic management and the costs related to the acquisition of the amendment. The results showed that the cost of Phytodesalination was 8.1% lower, compared to the application of agricultural gypsum, presenting a value of $ 4,730.29 dollars per hectare. Which shows that it is a sustainable agricultural practice, aimed at improving the economy of producers, mainly when it is sought to implement on a large scale. Keywords: Chemical amendments, Phytodesalination, halophytes, agronomic management, landscape, saline’s soils. es
dc.description.sponsorship CONACyT es
dc.language.iso es es
dc.subject Fitodesalinización de suelos salinos es
dc.subject Plantas halófitas es
dc.subject Manejo agronómico es
dc.title Importancia de las arvenses halófitas para la conservación y manejo sustentable de un paisaje agrario salino: caso Villamar, Michoacán, México es
dc.type TESIS es
dc.contributor.advisor Álvarez Bernal, Dioselina
dc.contributor.advisor Bermúdez Torres, Kalina


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