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Introducción
Existe preocupación a nivel mundial por el aumento de la demanda de energía y las proyecciones que reflejan el agotamiento de los combustibles fósiles en pocas décadas (Capellán Pérez et al., 2014). Esto, junto a la preocupación por el impacto ambiental de los combustibles fósiles, impulsa la necesidad de investigar en la producción de fuentes alternativas de energía, entre ellas la utilización de biomasa. Coincidiendo con esta visión, Ra et al. (2012) explican que debido al aumento del precio del combustible fósil y la necesidad de reducir la emisión de gases de efecto invernadero, se estimuló el aumento de la producción global de energía renovable a partir de biomasa particularmente a partir del año 2000. Heaton et al. (2004) mencionan que la energía de la biomasa de los cultivos lignocelulósicos contiene típicamente rangos de 17 a 21 MJ kg-1, solo ligeramente menores que la de los combustibles fósiles tales como el carbón (21 a 28 MJ kg-1) en combustión directa. Según McLaughlin et al. (1999), la utilización de cultivos perennes tiene ventajas, ya que ayudarían a reducir la degradación de los suelos, bajarían la dependencia en petróleo y reducirían las emisiones de gases de efecto invernadero.
En Uruguay se plantea diversificar la matriz energética, y para lograr esto, una meta es aumentar la oferta de energía generada por la biomasa a través del cultivo de Arundo donax L. (caña común), Panicum virgatum L. (pasto varilla) y Pennisetum purpureum (L.) Schumach (pasto elefante). Estas especies se caracterizan por producir altos niveles de biomasa, entre 10 y 40 Mg ha-1 año-1 (Fontoura, Brandão y Gomes, 2015; Falasca, Flores y Galvani, 2011; Angelini, Ceccarini y Bonari, 2005; Angelini et al., 2009).
Las especies P. virgatum y P. purpureum tienen ciclo fotosintético tipo C4 y A. donax, tipo C3. Son cultivos perennes, herbáceos, cuyos tallos pueden acumular alta proporción de lignina, celulosa y hemicelulosa respecto a los demás componentes celulares. Acorde con lo expuesto por Nassi o Di Nasso, Angelini y Bonari (2010); Fike et al. (2006) y Heaton et al. (2004), la cosecha no debería comenzar hasta que el cultivo estuviera totalmente senescente, puesto que cosechas tempranas podrían resultar en alta extracción de nutrientes y altos contenidos de humedad de la biomasa. Nassi o Di Nasso, Angelini y Bonari (2010) sugirieron que es posible que estrategias como el momento de cosecha puedan mejorar la calidad de la biomasa de caña común. En relación a la calidad de la biomasa, Bulpitt (2009) y McLaughlin et al. (1999) encontraron que A. donax y P. virgatum presentaban contenidos de cenizas cercanos a los recomendados para cultivos energéticos, entre 4 y 6 %. El contenido de cenizas de P. purpureum sería cercano a los valores deseados, entre 6,45 (Ukanwoko e Igwe, 2012) y 7,2 (Ribeiro et al., 2014), pero existen reportes de hasta 14,6 % (Ullah, Anwar y Rana, 2010). Los contenidos de humedad en la biomasa al momento de la cosecha varían según la especie desde 14 % a más de 50 % (Dragoni et al., 2011; Smith y Slater, 2011; McLaughlin et al., 1999).
Los cultivos perennes podrían aumentar el contenido de carbono en el suelo al aumentar las entradas de carbono al sistema y disminuir las pérdidas ligadas al proceso de erosión y respiración (Angelini et al., 2009; Boehmel, Lewandowski y Claupein, 2008). Acorde a de Moraes Sá et al. (2017) la expansión del área sin laboreo asociada a cultivos con alta captura de C, como los aquí evaluados, podrían disminuir la emisión de CO2 en 24,3 % en América del Sur.
Se ha observado que la producción de biomasa varió según se realizaran un corte o dos cortes, aunque esto depende también de las condiciones ambientales en que se desarrollan los cultivos. En años con estrés hídrico, los cultivos de P. virgatum rindieron más al realizar un solo corte, mientras que en años normales rindieron más al realiza dos cortes (Reynolds, Walker y Kirchner, 2000; McLaughlin et al., 1999). Vogel et al. (2002) recomendaron dos cosechas anuales a diferencia de Rinehart (2006) quien recomendó una sola cosecha para P. virgatum. Thomason et al. (2005) lograron la mayor producción de biomasa al realizar tres cortes al año, con un incremento de 3,4 Mg ha-1 año-1 sobre el sistema de un solo corte.
En P. purpureum se observaron aumentos de rendimiento al aumentar de 60 a 120 los días entre cortes (Madera et al., 2013; Ansah, Osafo y Hansen, 2010; Tessema, Mihret y Solomon, 2010). Los contenidos de cenizas y humedad de la biomasa dependieron del momento de cortes, los niveles de extracción y contenidos de humedad disminuyeron en el corte de invierno en P. purpureum (Ansah, Osafo y Hansen, 2010) y en P. virgatum (McLaughlin et al., 1999).
En Uruguay existe escasa información acerca de la producción de materia seca de los cultivos de A.donax, P. virgatum y P. purpureum. Al ser especies de orígenes diferentes, es posible que sus potenciales productivos y de calidad de biomasa varíen acorde al número de cosechas anuales. Se planteó como objetivo de este trabajo identificar la especie y número de cosechas anuales que logre el mayor rendimiento potencial, mejor calidad de biomasa y mayor producción de energía. Al ser cultivos perennes y de alta producción de biomasa, es posible que generen variación en la composición química del suelo acorde a su producción, debido a cambios en los proceso de ganancia y pérdida de carbono orgánico del suelo (COS), así como diferencias en la extracción de nutrientes. Se comparó el contenido de COS del suelo, potasio (K), nitrógeno (N) y fósforo (P), al término del experimento, con el objetivo de identificar el impacto de cada cultivo y manejos de cosecha en el recurso suelo.
Materiales y métodos
Ubicación del experimento
El experimento se realizó en la Estación Experimental Dr. Mario A. Cassinoni (EEMAC) de la Facultad de Agronomía, Universidad de la República, ubicada en el departamento de Paysandú (32 ° 21 ´ S y 58 ° 02 ´W; 61 m de altitud) en Uruguay, sobre suelos clasificados como Brunosoles Éutricos Típicos Fr de la unidad cartográfica San Manuel (Altamirano et al., 1976).
Los cultivos energéticos evaluados fueron Panicum virgatum, Arundo donax y Pennisetum purpureum. Los cultivos se implantaron en la primavera del 2007 y el período de evaluación fue desde el corte de enero del 2012 al de agosto del 2013. Panicum virgatum se cultivó a partir de semillas con una población objetivo de 1.000.000 plantas ha-1. P. purpureum y A. donax se cultivaron por esquejes, con una población objetivo de 20.000 pl ha-1. Las parcelas fueron de 3 x 5 m y el experimento se diseñó en bloques completos al azar, con tres repeticiones.
Se realizaron dos tratamientos de corte: un corte en agosto y un corte en enero y otro en agosto.
Evaluación de la producción
Todos los cortes se realizaron a una altura de 10 a 15 cm. La biomasa cosechada se pesó con balanza electrónica de precisión 0,5 kg y capacidad de 100 kg. En cada corte se cosechó un área de 2,2 m2 de cada parcela. Los tratamientos se fertilizaron luego de cada cosecha con 100 kg ha-1 de nitrógeno agregado en forma de urea, un mes después de cada cosecha de agosto.
En cada cosecha, para la determinación de materia seca (MS) se pesó una muestra fresca (aproximadamente 1 kg), se la trozó a fracciones de 5 cm y secó a 60 °C durante 48 horas. El contenido en MS se expresó como porcentaje del peso inicial % MS = (peso seco:peso fresco) ´ 100, y el de humedad se estimó como la diferencia (%100-% MS). A partir del material secado y molido hasta pasar una malla de 2 mm se obtuvieron los porcentajes de cenizas, potasio (% K) y el poder calorífico superior (MJ kg-1). El contenido de potasio se midió por cenizado y posterior determinación por emisión atómica (Bataglia et al., 1983) con espectrofotómetro de emisión y absorción atómica marca Perkin Elmer Modelo AAnalyst 700. El poder calorífico se determinó por el método dinámico con un calorímetro Modelo Parr 6100.
La producción de energía (e) en una hectárea se estimó acorde a la siguiente fórmula (1):
donde: biomasa son los Mg de materia verde producida en una hectárea; MS es la proporción de materia seca o Mg materia seca contenidos por cada Mg de materia verde; y C o contenido calórico son los GJ que produce cada Mg de materia seca producida.
En una submuestra fresca se contó el número de tallos y se registró su peso individual (PIT: peso individual por tallo), expresado en base seca. A partir del número de tallos de la submuestra se estimó el número de tallos por metro cuadrado (N°T m-2).
Evaluación de propiedades químicas del suelo (potasio, fósforo, nitrógeno y carbono orgánico del suelo)
El muestreo se realizó en octubre del año 2013, en el sexto año de implantación de los cultivos. Se extrajeron muestras de suelo a las profundidades 0-20 cm, 20-40 cm y 40-60 cm en todos los tratamientos. Las muestras fueron secadas a 40 °C y molidas hasta pasar por malla 2 mm. La determinación de potasio intercambiable (K_int) se realizó mediante extracción con acetato de amonio y posterior determinación en espectrometría de llama por emisión atómica (Jackson, 1964). El contenido de fósforo (P_Bray I) se realizó acorde al extractante propuesto por Bray y Kurtz (1945) y el contenido de P en el extracto se determinó por desarrollo de color azul del complejo P-molibdato, acorde a Murphy y Riley (1962). El N total se determinó por digestión húmeda acorde a una modificación de la técnica de Kjeldahl propuesta por Bremner (1965); y el carbono orgánico del suelo (COS) se determinó mediante digestión húmeda acorde a Tynsley (1967).
Análisis estadístico
La producción de materia fresca y seca se analizó por modelos mixtos, con el software InfoStat/Profesional. Al haber medidas repetidas en el tiempo se consideraron a las parcelas como efecto aleatorio. Los niveles de K_int, P_Bray I, N_total, COS, % K, cenizas y poder calórico, se analizaron como modelo general lineal. Se consideraron efectos significativos del ANAVA aquellos con p < 0,1 y se consideró que existió tendencia en los efectos con p < 0,2. Todas las medias se compararon por test de Fisher con alfa = 0,10.
Se estimó la producción de materia seca en función del PIT y el N°T m-2 y se evaluó por el ajuste de la regresión obtenida.
Resultados y discusión
Producción de materia seca
En el promedio de ambos años de evaluación, A. donax produjo aproximadamente 24 % más biomasa seca que P. virgatum y P. purpureum (Cuadro 1). El rendimiento de A. donax fue ligeramente superior al potencial estimado por Falasca, Flores y Galvani (2011) para Argentina, para zonas con precipitaciones de 400 a 500 mm, similares a las ocurridas durante los meses de crecimiento en los dos años aquí evaluados (Figura 1). El rendimiento obtenido en P. virgatum también fue ligeramente superior a lo registrado en climas templados, según lo sugerido por Searle y Malins (2014). Los rendimientos obtenidos en investigaciones de P. purpureum son diversos, hay investigaciones con rendimientos de 5 a 16 Mg ha-1 (Cerdas y Vallejos, 2010), mientras que otras investigaciones reportan hasta 53,2 Mg ha-1 año-1 (Ra et al., 2012). Petruzzi (2010) reportó rendimientos de 5,0 a 12,0 Mg ha-1 año-1 en cultivos de P. purpureum en Argentina. A nivel nacional se obtuvo un rendimiento de 45 Mg ha-1 con tres cortes anuales (Bemhaja, 2000). Esta variabilidad, como en las otras especies, podría ser atribuible a factores climáticos, variedades y prácticas de manejo.
Figura 1: Diferencia de precipitaciones entre los meses y años evaluados en el experimento y las precipitaciones promedio históricas de la EEMAC, Paysandú (1980-2010).
En A. donax y P. virgatum la mayor producción de biomasa seca fue en el tratamiento de un solo corte en ambos años (Cuadro 1). Al realizar dos cortes se obtuvo mayor producción en enero que en agosto, lo cual podría atribuirse a que la cosecha de enero podría haber comprometido el rebrote y posterior acumulación de biomasa. P. virgatum y A. donax presentaron mayor producción en enero que P. purpureum, debido a un mayor crecimiento inicial. Ambas especies fueron, también, las de menor producción en agosto (DMS =1,3 Mg.ha-1) al realizar dos cortes. Reynolds, Walker y Kirchner (2000) y McLaughlin et al. (1999) observaron un mayor rendimiento en cultivos de P. virgatum al realizar dos cortes al año, pero en los sitios o años en que hubo estrés hídrico los rendimientos fueron mayores al realizar un solo corte. McLaughlin et al. (1999) consideran que al realizar dos cortes se perjudica el crecimiento radicular y en condiciones de stress hídrico se comprometería la absorción de agua necesaria para el rebrote. Vogel et al. (2002) recomiendan realizar dos cosechas al año, la última en estado reproductivo (fenología R3 a R5) y señalan que postergar la cosecha a estadios de mayor madurez puede disminuir el rendimiento. Rinehart (2006) recomienda realizar un solo corte anual de P. virgatum en cultivos con fines energéticos. En P. purpureum el tratamiento de un solo corte produjo más materia seca en el año 2012, pero no hubo diferencias en el año 2013. En esta especie, a diferencia de A. donax y P. virgatum, el corte de agosto produjo más que el corte de enero. La especie P. purpureum podría tener mayor capacidad de rebrote que las otras dos especies y, si las condiciones climáticas fueran favorables, al realizar dos cortes el rendimiento alcanzaría el de un solo corte. Las lluvias concentradas en diciembre del 2012 habrían permitido al cultivo superar la etapa de mayor demanda hídrica durante el rebrote pos corte. Madera et al. (2013), Ansah, Osafo y Hansen (2010) y Tessema, Mihret y Solomon (2010) obtuvieron aumentos de rendimiento al distanciar la frecuencia de corte de 60 a 90 días y la mayor producción fue al cosechar cada 120 días. En el año 2012, las escasas lluvias ocurridas hasta febrero (Figura 1) acentuaron el efecto adverso del corte de enero en A. donax y P. virgatum, ya que ese año se apreció la mayor diferencia de rendimiento respecto a agosto. En P. purpureum la diferencia entre el corte de enero y agosto fueron similares para ambos años de evaluación.
Al comparar la producción de materia seca de P. purpureum y A. donax con dos cortes, la primera especie produjo menos que la segunda en el promedio de los dos años. Con un solo corte P. purpureum produjo menos materia seca que A. donax en el año 2013 (Cuadro 1). La posible razón de este resultado podría ser que P. purpureum fue más afectado por las deficiencias hídricas que A. donax y que las precipitaciones concentradas en diciembre del 2012 no cubrieron tales déficits, a diferencia de febrero del 2012.
El N°T m-2 y el PIT, fueron indicadores apropiados del rendimiento de materia seca en las tres especies. En A.donax el PIT explicó el 60 % de la variación en producción de materia seca, mientras que el N°T m-2 no tuvo una relación significativa. Angelini et al. (2009), al trabajar con A.donax, obtuvieron una correlación positiva entre rendimiento, altura y diámetro del tallo, lo cual se puede considerar un resultado similar al aquí obtenido, ya que el PIT dependería en parte del grosor del tallo, aunque esta relación no se evaluó en el presente trabajo. En P. virgatum ambos componentes tuvieron una relación satisfactoria con la producción de biomasa seca. El PIT explicó el 65 % de la variación observada y el N°T m-2 el 47 %. Boe y Beck (2008) observaron resultados similares para esta especie, ya que las variables de mayor relación con el rendimiento fueron N°T m-2 y peso del fitómero, el cual podría estar relacionado con PIT, aunque esta relación no fue estudiada. En P. purpureum el PIT explicó el 47 % del rendimiento y el N°T m-2 explicó el 25 % del rendimiento. Oliveira et al. (2011) determinaron una relación satisfactoria entre rendimiento y altura de los tallos. Aunque no fue una variable medida en el presente trabajo, es esperable que la altura sea influenciada por N°T m-2 debido a la competencia por luz que se genera al aumentar la densidad. Si bien no puede llegarse a información concluyente, sería posible suponer que N°T m-2 y PIT serían indicadores de interés al evaluar el desempeño de los cultivares de A.donax y P. virgatum. En el caso de la especie P. purpureum sería necesario considerar otras variables, como ser altura del tallo y/o peso de los fitómeros.
En P. virgatum al realizar dos cortes al año se producen tallos más livianos en agosto y menor N°T m-2, que al realizar un corte al año. Igual tendencia se observó en P. purpureum y A.donax, en ambas variables, pero dichas diferencias no fueron significativas. Este comportamiento se pudo deber a que el corte de enero no alcanzó para que el cultivo tuviese suficientes fotoasimilados para un correcto rebrote. Los rebrotes no tuvieron suficiente tiempo de crecimiento como para lograr un peso equiparable al de los cultivos que tuvieron un solo corte.
Contenido de humedad
P. virgatum tuvo el menor contenido de humedad en la cosecha de agosto; el mayor contenido lo tuvo P. purpureum y A. donax tuvo un valor intermedio (Cuadro 2). P. virgatum cumple con los requisitos exigidos a la materia prima que se utiliza para la producción de energía a partir de biomasa coincidiendo con McLaughlin et al. (1999). Las otras dos especies deberían retirarse del campo con un estado de deshidratación mayor o ser secadas artificialmente. Al investigar estos cultivos con fines energéticos, McLaughlin et al. (1999) cuantificaron para P. virgatum un contenido de humedad de 15 %. Los contenido de humedad reportados para cosechas de A.donax oscilan entre 14 y 30 % (Smith y Slater, 2011; Bulpitt, 2009) y hasta 61 % (Dragoni et al., 2011). Para P. purpureum los contenidos de humedad son ligeramente superiores en la bibliografía consultada (Ribeiro et al., 2014; Zetina-Cordoba et al., 2013; Ukanwoko e Igwe, 2012), debido probablemente, a diferencias en el momento de cosecha.
En P. purpureum el contenido de humedad del corte de agosto fue mayor al realizar dos cortes al año (Cuadro 2). Similar tendencia se observó en las otras dos especies, pero la diferencia no fue significativa. Es posible que al realizar dos cortes, los tallos que comienzan la senescencia al final del período de crecimiento hayan generado tejidos con paredes celulares de menor espesor. En el sistema de dos cortes, el contenido de humedad en enero (entre 56 a 74 %) fue mayor que en el corte de agosto en las tres especies, lo cual era esperable acorde a lo observado por Nassi o Di Nasso, Angelini y Bonari (2010). La especie que tiene el menor contenido de humedad en agosto con el tratamiento de dos cortes es P. virgatum (14 %), valor mencionado por McLaughlin et al. (1999) para esta materia prima.
Carbono en el suelo
El carbono orgánico del suelo (COS) se vio afectado por las diferentes especies y el número de cortes para las tres especies consideradas y en las profundidades 0-20 y 40-60 cm. No se observaron estos efectos en la profundidad de 20-40 cm. El suelo cultivado con P. purpureum fue el que presentó mayor contenido de COS a la profundidad de 0-20 cm (Cuadro 3), probablemente debido a que esta fue la especie de mayor producción pos corte de enero y la que tuvo mayor humedad al momento del corte, por lo que es presumible que haya tenido mayor caída de hojas al comenzar el período de heladas, las cuales son un aporte de carbono al suelo. En la profundidad de 40-60 cm, P.virgatum presentó mayor contenido que A.donax, mientras que el suelo cultivado con P. purpureum tuvo un nivel intermedio (Cuadro 3). Esto podría explicarse por diferencias en el crecimiento radicular entre especies, pero no se realizaron mediciones que permitieran aseverar este aspecto. En ambas profundidades la mayor cantidad de COS se favoreció por el tratamiento de un solo corte. Esto puede estar asociado a la mayor producción de biomasa lograda en este tratamiento. McLaughlin et al. (1999) sugieren que al realizar dos cortes en P. virgatum se puede perjudicar el crecimiento radical, por lo que al realizar dos cortes es posible que se haya logrado menor aporte de C al suelo al haber producido menos raíces. Esta especie podría favorecer el aumento de COS, acorde a lo expuesto por Dou et al. (2013); Jung y Lal (2011); Omonode y Vyn (2006); Lobo y Porfirio (2004); McLaughlin et al. (1999). Sarkhot et al. (2012) observaron aumento del COS al cabo de 40 años de cultivo de A.donax. El aumento de COS que se pueda lograr con estas especies dependerá de la producción de biomasa y del tiempo de crecimiento, lo cual determinará mayor aporte de C. Al tratarse de cultivos perennes, se reducirían las pérdidas de C del sistema a través de la mineralización y erosión.
Cuadro 3: Contenido de carbono orgánico en el suelo (g kg-1) para cada especie, número de corte y por profundidad de muestreo.
Fósforo en el suelo
En la profundidad de 0-20 cm el valor de P_Bray I en P. virgatum (19 mg kg-1) fue mayor que en A. donax (9 mg kg-1), mientras que P. purpureum tuvo valor intermedio (15 mg kg-1) (Cuadro 4). No hubo diferencias entre los tratamientos de corte. La especie A.donax fue la de mayor rendimiento, por lo que exportaría mayor cantidad de P en su cosecha, aunque es posible que P. purpureum tenga mayor concentración de P en su biomasa al momento de la cosecha debido al mayor contenido de humedad de la misma. Las profundidades de 20-40 y 40-60 cm tuvieron 3 mg kg-1P_Bray I sin diferencias entre especies ni cortes. La mayor cantidad de P_Bray I en superficie se debió a la estratificación esperable debida a la ausencia de laboreos en cultivos perennes.
Potasio en el suelo
En los primeros 20 cm de suelo, los tratamientos cultivados con A.donax y P. purpureum tuvieron mayor contenido de K_int que los cultivados con P. virgatum (Cuadro 5). Las especies A.donax y P. purpureum tuvieron mayor concentración de K en la biomasa que P.virgatum, por lo que es de esperar que al senescer sus tejidos aportaran más K a la superficie del suelo. No hubo diferencias generadas por el tratamiento de corte. La profundidad de 20-40 cm tuvo un contenido promedio de K_int de 0,74 meq.100 g-1para todos los tratamientos. En la profundidad de 40-60 cm, el suelo cultivado con P. purpureum presentó 1,2 meq.100g-1: más que en el suelo cultivado con P. virgatum, que presentó 0,98 meq.100 g-1. El suelo de los tratamientos con A.donax tuvo un valor promedio de 1,1 meq.100 g-1, el cual no se diferenció de los otros dos casos. Es posible que P. virgatum haya tenido una absorción relativa mayor de K a esta profundidad dado por la mayor cantidad de raíces, ya que a esa profundidad el contenido de COS del suelo cultivado con P. virgatum fue mayor.
Potasio en la biomasa
La especie P. purpureum fue la que tuvo mayor contenido de K, A. donax presentó un contenido intermedio, mientras P. virgatum fue la especie de menor concentración de K (Cuadro 6). P. purpurem tuvo mayor contenido de humedad al momento de cosecha y se puede suponer que tuvo menor translocación de K a los órganos de reserva. McLaughlin et al. (1999) consideran que la alta relación de tallo:hoja en P. virgatum puede favorecer los bajos valores de K en la biomasa.
El corte de enero tuvo mayor contenido de K que el de agosto en las tres especies. Esto puede deberse a la translocación de K ocurrida a finales de la etapa de crecimiento, previo a la cosecha de agosto y a las diferencias en la relación hoja:tallo entre ambas cosechas. La especie que tuvo mayor diferencia relativa entre el K medido en enero y agosto fue P. virgatum, mientras la que presentó menor diferencia fue P. purpureum.
El contenido de K en agosto fue mayor en los cultivos de dos cortes en P. purpureum que con un solo corte. En las otras dos especies no hubo diferencias entre el número de cortes. En P. purpureum el rebrote luego del corte de enero no habría logrado la misma translocación que la biomasa generada desde comienzos del período de crecimiento.
P. purpureum tuvo la mayor extracción de K (293 kg ha-1 año-1) de las tres especies evaluadas al realizar una sola cosecha. Mientras tanto, P. virgatum tuvo la menor extracción al realizar un solo corte, la cual fue de tan solo 17 kg ha-1 año-1 de K. La alta exportación de K del cultivo P. purpureum no se vio reflejada en los contenidos de K_int, esto pudo deberse a que esta especie absorbe K desde formas no cuantificadas por la técnica de análisis o al reciclaje discutido anteriormente.
Los niveles de % K de las cosechas de agosto 2013 fueron mayores que en el año 2012. El rebrote luego de la cosecha de enero del 2013 pudo sufrir estrés hídrico ya que las precipitaciones fueron menores en ese año. Nassi o Di Nasso, Angelini y Bonari (2010) observaron un incremento de K en biomasa de A.donax debido al estrés hídrico.
Nitrógeno en el suelo
P. purpureum fue la especie que tuvo más N en los primeros 20 cm de suelo, 0,19 % N, mientras A. donax y P. virgatum tuvieron 0,16 y 0,15 %, respectivamente (Cuadro 7). Este resultado fue el esperable, ya que P. purpureum fue la que presentó mayor contenido de COS a esta profundidad. No hubo efecto del número de cortes sobre esta variable. En el resto de las profundidades de muestreo, no hubo efecto de la especie ni del número de cortes. Era esperable, sin embargo, que existiese una mayor extracción de N en los sistemas de dos cortes y en consecuencia una menor cantidad de N en los suelos de estos sistemas. Reynolds, Walker y Kirchner (2000) cuantificaron en P. virgatum mayor remoción de N al realizar dos cortes que un solo corte, y McLaughlin et al. (1999) observaron que los cultivos de P. virgatum cosechados dos veces al año extrajeron de 3,0 a 5,6 veces más N que los cultivos cosechados una sola vez. En este estudio no se cuantificó la extracción de N realizada, por lo que no es posible concluir sobre este aspecto.
Contenido de cenizas
Las especies A.donax y P. purpureum fueron las que presentaron mayor porcentaje de cenizas y contenido de K. En enero, A.donax y P. purpureum presentaron contenidos de 14,8 y 14,1 % respectivamente, los cuales fueron mayores al contenido de agosto, de 5,6 y 6,3 % respectivamente. La especie P. virgatum presentó menores contenidos en ambas cosechas, de 4,3 y 5,5 % para la cosecha de agosto y enero respectivamente. Los menores contenidos de cenizas evaluados en agosto concuerdan con lo observado por McLaughlin et al. (1999) al estudiar P. virgatum, y con Ansah, Osafo y Hansen (2010) al estudiar P. purpureum. Con el atraso de la cosecha, al haber ocurrido el envejecimiento de los tejidos, es esperable que el contenido de minerales (cenizas) de los tejidos sea menor, debido al proceso de translocación o lixiviación de los mismos desde las hojas. La reducción en el contenido de cenizas que incluye paralelamente la reducción en K, puede ser atribuido a la mayor proporción de tallo:hoja con el retraso de la cosecha, y contribuye de forma importante a disminuir los residuos que generan problemas en la combustión (McLaughlin et al., 1999). Es deseable además que estos materiales posean altos contenidos de carbohidratos de alto peso molecular, como celulosa, hemicelulosa y lignina, lo cual brinda mayor poder calórico por unidad de peso.
Poder calorífico y producción de energía
P. purpureum y A. donax tuvieron mayor poder calorífico en el corte de agosto (Cuadro 8). En P. virgatum no hubo diferencias en el poder calorífico entre épocas de corte y tuvo mayor poder calorífico que las otras dos especies en enero. Esto podría deberse a que en agosto habría menor contenido de cenizas, producto de la translocación de los minerales y, por lo tanto, la composición de la biomasa sería principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina. El tratamiento de mayor producción de energía por hectárea fue A. donax con un solo corte y el tratamiento de menor producción fue P. purpureum con dos cortes (Cuadro 8).
Conclusiones
La mayor producción de energía se lograría con el cultivo de A.donax a través de una única cosecha en agosto. Al realizar una sola cosecha se disminuiría el costo energético, se lograría un material con menor contenido de cenizas y humedad, y se extraería menor cantidad de K del sistema. El cultivo de P. virgatum fue el de menor producción de energía con un solo corte, pero tendría la ventaja de ser un material con bajo contenido de humedad, lo cual abarataría el costo de transporte y procesamiento previo a la combustión, a la vez que es el material de menor contenido de cenizas y extracción de K. El cultivo de P. purpureum produjo valores intermedios de energía, además de los mejores valores de COS y N en suelo, pero a causa de los altos valores de humedad, extracción de K y cenizas, es cuestionable su calidad como materia prima y la sostenibilidad en el sistema.
