Resumen
Este estudio preliminar se llevó a cabo en PowrHouse en Sacramento, California, en el contexto del cultivo singánico de cannabis, un enfoque integrado que combina sales de fertilizantes sintéticos con inoculantes y enmiendas de microorganismos beneficiosos orgánicos. El objetivo era mejorar la eficiencia del riego, las aplicaciones de fertilizantes foliares, la salud de las plantas y la absorción de nutrientes. Partiendo de los hallazgos previos explorados en el artículo de investigación "Mezcla y dispersión mejoradas de enmiendas con nanoburbujas inducidas por cavitación para un tratamiento avanzado del agua", este experimento evaluó el impacto de la cavitación de baja cizalladura en los patrones de cristalización de fertilizantes mediante microscopía por evaporación. Nuestros hallazgos revelan que la cavitación de baja cizalladura mejora significativamente la dispersión de solutos, lo que resulta en una formación de cristales más uniforme, ofreciendo potencialmente una mayor disponibilidad de nutrientes y eficiencia del sistema.
1. Introducción
La mezcla y dispersión eficientes de enmiendas químicas son cruciales en los sistemas modernos de tratamiento de agua, especialmente en el cultivo singánico de cannabis. Estudios previos han demostrado que las nanoburbujas generadas por cavitación de baja cizalladura mejoran la dispersión de solutos y la eficacia de las enmiendas en comparación con los sistemas no tratados. Este experimento investiga cómo la cavitación de baja cizalladura influye en los patrones de cristalización de una solución fertilizante. Se prepararon dos muestras y se analizaron bajo condiciones de imagen idénticas:
Muestra 2 – Emisor, después del tratamiento: Mezclado mediante un cavitador de baja cizalladura Kairospace. (Aumento óptico de 200x con un ancho de marco de 1,79 mm)
Muestra 1 – Tanque de mezcla, antes del tratamiento: Mezclado convencionalmente mediante una bomba sumergible en un tanque de mezcla sin tratamiento de cavitación de baja cizalladura. (Aumento óptico de 200x con un ancho de marco de 1,79 mm)
2. Metodología
2.1 Recolección de muestras
Las muestras del grupo de prueba de cavitación de baja cizalladura se recolectaron directamente de los goteros en la Sala de Cultivo 2 de PowrHouse, dentro del sistema de riego, para registrar el estado de dispersión final de la solución tratada al llegar al área de cultivo. En contraste, las muestras de control se recolectaron en el tanque de mezcla, reflejando las condiciones de las soluciones mezcladas convencionalmente sin la influencia de la cavitación de baja cizalladura. Este enfoque garantizó una comparación significativa entre las condiciones de uso final de las soluciones cavitadas de baja cizalladura y las soluciones de control.
2.2 Componentes de muestra en la mezcla de nutrientes base para alimento vegetal de Synganic
La solución nutritiva utilizada en este experimento se basó en la mezcla Synganic Base Nutrient Veg Feed, una combinación diseñada para favorecer un crecimiento óptimo de las plantas mediante la sinergia de componentes sintéticos y orgánicos. La mezcla incluía:
- Nutrientes Unidos Vegetales: Un fertilizante sintético de alta calidad que proporciona los macronutrientes y micronutrientes esenciales necesarios para un crecimiento vegetativo vigoroso.
- Hygrozyme Hyclean: Una fórmula enzimática que ayuda a mantener limpias las líneas de riego, a descomponer los residuos orgánicos y a mejorar la eficiencia de la absorción de nutrientes.
- BioAg Ful-Power: Un aditivo de ácido húmico que mejora la disponibilidad de nutrientes y promueve el desarrollo de las raíces, potenciando la capacidad de la planta para absorber eficazmente tanto macro como micronutrientes.
Esta combinación respalda el enfoque de cultivo singánico al equilibrar el suministro preciso de nutrientes con los beneficios de la biología orgánica del suelo.
ZTopia - Cultivado por PowrHouse (Receta Synganics) - Fotografía de Josh Monthei
2.3 Instalación del sistema de cavitación de baja cizalladura
Los cavitadores se instalaron estratégicamente en dos puntos clave de las líneas de riego, dando servicio a la sala de tanques de fertilizantes y a la sala de cultivo experimental. Un cavitador de baja cizalladura se ubicó cerca de la bomba de suministro para garantizar una mezcla inicial eficiente, mientras que otro se instaló dentro de la Sala de Cultivo 2 para mantener una dispersión y actividad de solutos óptimas a medida que la solución se acercaba a las plantas. Esta configuración se diseñó para maximizar los beneficios mecánicos y químicos de la cavitación de baja cizalladura y la mezcla en todo el sistema de riego.
Instalación de Kairospace JetCAV en la sala de cultivo PowrHouse 2
Cada grupo de prueba constaba de cinco gotas replicadas independientes, seleccionadas en función de la uniformidad y la continuidad de las características clave de las partículas. Este método se diseñó para proporcionar el máximo valor estadístico al proceso de selección de muestras.
2.4 Técnica de microscopía
Se empleó una técnica de microscopía por evaporación para comparar el comportamiento de cristalización, lo que permitió obtener observaciones de alta resolución de las estructuras cristalinas formadas bajo diferentes condiciones de mezcla. El método de evaporación consiste en evaporar un grupo de gotas de agua en una cámara de ambiente controlado sobre un portaobjetos y analizar el residuo para observar las estructuras cristalinas. Esta técnica proporciona información valiosa sobre la homogeneidad, la composición y la distribución de los sólidos disueltos en el agua tratada.
2.5 Condiciones de imagen
Las muestras se fotografiaron con un aumento óptico de 200x y un ancho de marco de 1,79 mm para garantizar una visualización y una medición de escala consistentes de las estructuras cristalinas.
2.6 Metodología analítica del software ImageJ
Para reforzar el rigor científico de este experimento, se empleó el software ImageJ como herramienta analítica principal para el análisis de partículas y cristalización. ImageJ ofrece capacidades avanzadas para el análisis cuantitativo de imágenes. Entre sus funciones se incluyen el conteo preciso de partículas, la medición del tamaño, el cálculo de la cobertura del área y el análisis de la dimensión de Feret. La capacidad del software para procesar imágenes microscópicas de alta resolución permite una evaluación detallada de las estructuras cristalinas, la homogeneidad y los patrones de distribución.
3. Resultados
Se registraron las siguientes métricas fisicoquímicas adicionales para proporcionar un mayor contexto al comportamiento de cristalización observado:
| Parámetro | Muestra cavitada 2 (emisores) | Muestra convencional 1 (tanque de mezcla) |
|---|---|---|
| CE (Conductividad Eléctrica) | 3.0 | 3.0 |
| pH | 5.9 | 5.9 |
| OD (Oxígeno disuelto, ppm) | 12.46 | 13.4 |
Los principales hallazgos del análisis de partículas del software ImageJ son los siguientes:
| Métrico (mm) | Muestra cavitada 2 (emisores) | Muestra convencional 1 (tanque de mezcla) | Observación |
|---|---|---|---|
| Recuento de cristales | 1638 | 716 | La mezcla cavitada dio como resultado una cantidad significativamente mayor de cristales. |
| Área total (%) | 16.94% | 8.65% | La cavitación aumentó la cobertura y la dispersión generales. |
| Tamaño promedio del cristal | 0.000331 | 0.000386 | La mezcla convencional dio como resultado cristales individuales de mayor tamaño. |
| Feret (Dimensión máxima) | 0.026 | 0.028 | Los cristales convencionales eran ligeramente alargados. |
| MinFeret (Dimensión mínima) | 0.015 | 0.016 | Características similares de ancho reducido. |
| Perímetro | 0.080 | 0.081 | Perímetros ligeramente mayores en la mezcla convencional. |
Muestra 2 del emisor, análisis con ImageJ y caracterización de partículas.
Muestra 1 del tanque, análisis con ImageJ y caracterización de partículas.
4. Discusión
Diferencias en el patrón de cristalización: La muestra cavitada presentó un número significativamente mayor de cristales pequeños, mientras que la muestra mezclada convencionalmente produjo menos cristales, pero de mayor tamaño. Esto sugiere que la cavitación a baja cizalladura mejora la nucleación, lo que da lugar a una mayor cantidad de cristales, pero de menor tamaño, en comparación con la mezcla convencional.
Superficie y distribución: El aumento del porcentaje de cobertura de área en las muestras cavitadas sugiere una mejor dispersión y homogeneidad en la formación de cristales.
Características estructurales: Si bien las mediciones de Feret fueron ligeramente mayores para los cristales mezclados convencionalmente, esto puede deberse a una dinámica de crecimiento más lenta en ausencia de nucleación inducida por cavitación.
Estos hallazgos coinciden con observaciones previas en las que las nanoburbujas inducidas por cavitación crearon una elevada relación superficie-volumen, lo que favoreció una dispersión eficiente de los aditivos. La mejor mezcla garantiza que los componentes activos interactúen de forma más eficaz con los componentes del agua, maximizando su acción química y biológica.
5. Conclusión
La cavitación de baja cizalladura influye significativamente en la cristalización de las soluciones fertilizantes, lo que resulta en mayores tasas de nucleación y una dispersión de cristales más fina. Estos hallazgos sugieren que la tecnología de cavitación de baja cizalladura puede ser muy beneficiosa para aplicaciones que requieren cristalitos más uniformes y de menor tamaño, como una mayor solubilidad y reactividad en sistemas agrícolas. La interacción entre los constituyentes singánicos y la mezcla inducida por la cavitación de baja cizalladura probablemente desempeña un papel clave en las diferencias observadas en los patrones de cristalización, la dispersión de solutos y la estabilidad de los nutrientes.
6. Recomendaciones para futuras investigaciones
Los estudios futuros deberían explorar:
- Los efectos de la cavitación a diferentes niveles de energía y su impacto en las tasas de disolución de los fertilizantes.
- Cómo influye la estructura cristalina en la velocidad de disolución de los fertilizantes.
- Posibles modificaciones para optimizar la distribución del tamaño de los cristales para aplicaciones agrícolas específicas.
- Efectos a largo plazo de los fertilizantes tratados con cavitación sobre la absorción de nutrientes y la salud de las plantas en el cultivo singánico de cannabis.