Evaluación del efecto del uso de agua con diferentes tipos de pH en el crecimiento de las plántulas de Lens culinarius y su longitud de tallo

Los procesos de absorción de nutrientes en las plantas se dan principalmente en las raíces, esto mediante una capa pilífera (está constituida por microfilamentos), los cuales son los que absorben los minerales y agua que se encuentran en su entorno, los microfilamentos están compuestos de una sola célula y normalmente duran 3 semanas. La capa pilífera absorbe los nutrientes de la tierra mediante transporte activo y pasivo. Las condiciones para que un organismo vegetal pueda crecer en la tierra tienen que ser muy específicas. Para que la germinación pueda producirse son necesarios algunos factores externos, como un sustrato húmedo, suficiente disponibilidad de oxígeno que permita la respiración aerobia, una temperatura adecuada para los distintos procesos metabólicos (Casado, 2015).

La tierra posee un pH especifico, este puede variar dependiendo de la condición en las que se encuentra y los elementos que posee. Según el pH que posea la tierra, la disponibilidad de los nutrientes varia, ya que los suelos con un pH acido tienden a tener más minerales que los suelos con un pH alcalino. El pH de la tierra es vital para poder crear un ambiente óptimo para el crecimiento de las plantas. Todas las especies vegetales presentan unos rasgos característicos de pH en los que su absorción es idónea. Fuera de este rango la absorción radicular se ve dificultada y si la desviación en los valores de pH es extrema, puede verse deteriorado el sistema radical o presentarse toxicidades debidas a la excesiva absorción de elementos fitotóxicos (Hells, 2018).

En el presente experimento se analizará cómo influye el uso de agua con diferentes tipos de pH en el crecimiento de los especímenes de Lens culinarius frente a su longitud de tallo. Las plantas de la variable de control se rociarán con agua con pH neutro, de acuerdo con Food-Info(2021) su pH óptimo se encuentra entre 6,3 - 6,8, se compara su desarrollo con un segundo grupo de plántulas rociadas con agua con pH acido (5.5) y finalmente el tercer grupo con agua alcalina (8.5), esto con el fin de poder determinar la relación entre el pH y la longitud de tallo de las plántulas.

En cuanto a la importancia de esta investigación, se basa en comprender como la medición de pH del suelo ya sea acido, neutro o alcalino nos muestra de cierta manera aspectos fundamentales en un ecosistema en este caso en el experimento la disponibilidad de nutrientes, la permeabilidad del mismo suelo y el comportamiento del desarrollo y crecimiento de las plántulas. La selección del tema surgió a partir de hechos ocurridos en la casa, ya que pude evidenciar como rociaban las plantas con el agua que se utilizaba para lavar los platos, lo cual me genero la duda de cómo afecta el pH de la tierra en el crecimiento de los organismos vegetales. Para la presente investigación, se elaborará una comparación entre 3 especímenes de la Lens culinarius, las cuales van a ser sometidas a sustratos con diferentes pH (acido de 5.5, neutro de 6.5 y alcalino 8.5). Para ser lo más precisos posibles, se tratará de suministrar de manera igual los recursos (en cuanto a cantidad de agua rociada y cantidad de luz) agregando que se garantizará un sustrato inicial igual con el fin de poder reducir el margen de error.  En una fase siguiente, al haber  finalizado el periodo de germinación de las plántulas de Lens culinarius se realiza la recolección de datos haciendo uso del pie de rey para asi medir la longitud final del tallo de las plántulas de los 3 grupos. Al final se compararán los datos de los experimentos (especímenes con un suelo con pH alcalinos y ácidos) con la de control (suelo con pH neutro) y se analizara cuál de las opciones es la óptima para el crecimiento y desarrollo para la planta Lens culinarius.

Determinar la incidencia que tiene el pH del sustrato con respecto al crecimiento de las plántulas del espécimen Lens Culinarius y su longitud de tallo

¿De qué manera los diferentes tipos de pH presentes en el sustrato tienen un efecto en el crecimiento de las plántulas del espécimen Lens culinarius y su longitud de tallo?

H₁ - Existe una relación entre el tipo de pH del sustrato y el crecimiento de las plántulas Lens culinarius a partir de su longitud de tallo.

H₀ -  No existe una relación entre el tipo de pH del sustrato y el crecimiento de las plántulas Lens culinarius a partir de su longitud de tallo.

En el transcurso del experimento se les brindaran a las plantas los cuidados básicos para su sustento. Es importante mencionar que los valores de pH usados en el experimento no son perjudiciales para las plantas. En el experimento se van a cumplir algunas normas de bioseguridad tales como el uso de guantes de nitrilo (para la manipulación de reactivos). Es importante mencionar que el manejo que se le da a los reactivos va a ser cuidadoso, esto con el fin de evitar su digestión. En cuanto a los parámetros ambientales, se asegurará un uso correcto de los reactivos y estos solo serán utilizados en los especímenes de la investigación. Ya que la especie Lens culinarius no es originaria de Bogotá, se asegurará que el espécimen no logre propagarse, esto mediante el aislamiento del ex perímetro (5 metros aislada de las demás plantas). El aislamiento también garantizara que plantas ajenas al experimento afecten los resultados.

En esta investigación se trabajará con una única bandeja de semillero con el espécimen Lens culinarius divididos en tres grupos nombrados de la siguiente forma: Grupo Control. Sustrato con pH neutro, Grupo 2. Sustrato con pH ácido y Grupo 3. Sustrato con pH alcalino. Estos grupos se ubican en una bandeja de semillero que incluye un total de 54 cavidades teniendo en cuenta los 3 grupos mencionados, se trabaja con 18 cavidades para cada uno.

Para el montaje de los grupos, es fundamental utilizar una jarra con la cual se preparará los líquidos y se mezclará de acuerdo con su correspondiente tipo de pH. En primera instancia, para trabajar con el Grupo 1 se sirve agua del grifo(H₂O) sin ningún tipo de tampón de pH, manteniendo las condiciones comunes del pH neutro. Para el Grupo 2 y 3, haciendo uso de la jarra se agrega agua que en este caso se utilizar un Acidificador de agua ( Seachem Acid Buffer) para disminuir el pH por lo tanto aumentar la acidez del agua y asimismo ocurre con el Alcalinizador de agua (Seachem Alkaline Buffer) en el que se eleva el pH y la alcalinidad del agua respectivamente.

En segundo lugar, se prepara los tres grupos cada uno de 18 cavidades de igual tamaño en la bandeja de semillero y con igual cantidad de tierra fértil de mismo origen, asignándose numerales 1-3 a cada uno de los grupos de observación. Se siembran 18 semillas del espécimen de Lens Culinarius en cada grupo haciendo uso de la probeta para medir con exactitud los mililitros de agua o de la mezcla dependiendo el tipo de pH que se le suministrará al sustrato. Se establecen una serie de variables controladas: tierra, espécimen empleado, luz natural y temperatura ambiente, esta última en el caso de Bogotá, D.C. Por lo tanto, se procede a ubicar la bandeja de semillero en un lugar con garantía de acceso a luz solar.

Al transcurso de 2 semanas, los tres grupos de experimento permanecieron en sus respectivas condiciones teniendo en cuenta Aquae Fundación (2022) las semillas de lentejas entre 6 y 10 días en germinar en función de la temperatura. Se suministraron 50 ml de agua alcalinizada, acidificada o del grifo dependiendo el grupo cada 2 días a fin de garantizar el proceso de fotosíntesis de las diferentes plántulas y la absorción de nutrientes.

En el día 30 se hizo la recolección de datos a partir de los tres grupos de observación: Grupo Control 1 pH Neutro, Grupo 2 pH Ácido y Grupo 3 pH Alcalino mediante el uso del Pie de Rey el cual es  un instrumento indicado para medir dimensiones pequeñas con precisión. Consta de dos partes, la regla y la pieza deslizante que permite medir dimensiones externas e internas de un objeto, así como la profundidad de un orificio ciego (Salazar, 2021) en este caso con el fin de realizar las mediciones de las longitudes finales de las plántulas de Lens culinarius y la evidencia fotográfica de esto mostrada a continuación:

Teniendo en cuenta lo obtenido en la recolección de datos en cuanto a las longitudes finales para cada grupo durante el periodo de 30 días, se plasma y presenta dicha información por medio de los gráficos de caja y bigotes que es muy utilizado en estadística descriptiva. Molina (2015) afirma de forma simple nos permite saber la mediana y el rango intercuartílico de una distribución, además de intuir su morfología y simetría. Además, permite estimar la aproximación a la normal de la distribución y comparar la igualdad de varianzas entre varias distribuciones

En primera instancia se observa como los gráficos de cajas y bigotes presentan valores diferentes teniendo en cuenta las líneas de bigotes que representan los valores extremos (valor mínimo y máximo), específicamente hablando de los cuartiles: los tres valores de la variable que dividen a un conjunto de datos ordenados en cuatro partes iguales (Superprof, 2022) Es importante mencionar como Q₂ representa la mediana y por lo tanto el promedio de datos para cada uno de los tres grupos de observación. A partir de lo anterior se identificaron dichos cuartiles en los grupos: Grupo Control 1.  Q₁=100.5, Q₂ = 180.06 y Q₃=213.75 . Este grupo también incluye un valor atípico el cual es un valor muy diferente a las observaciones del mismo grupo en este caso enmarcado como un punto que está fuera del rango de este cajas y bigotes. Grupo 2. Q1 =  42.625, Q₂ = 62.16 y Q₃ = 80.  Grupo 3.  Q₁ = 91.75,  Q₂ = 136.19  y  Q3 = 178.63.

Analizando estos valores obtenidos para el día 30 se puede establecer como las plántulas del grupo 2 en condiciones de pH ácido al ser sus límites de la caja más cortos a diferencia de los otros grupos (control 1 y 3). Por lo tanto, en cierta medida el incremento de acidez en la tierra no favorece el crecimiento óptimo de las plántulas asi como de su longitud de tallo.

La prueba de aplicación que se utilizara es la de análisis de varianza ANOVA, nos permite medir el efecto de un facto (o incluso varios factores) sobre la media de una variable continua, es comúnmente utilizada para realizar comparaciones de medias entre dos o más grupos (Mendoza, 2021). Esta se utiliza para realizar una comparación el IAF_t (es decir la variable cuantitativa) de los grupos control. Sustrato con pH neutro, grupo 2. Sustrato con pH ácido y grupo 3. Sustrato con pH alcalino.

Para la realización de la prueba estadística se plantean dos hipótesis a trabajar:

H₀ - La media de la variable es la misma en los diferentes grupos.

H₁ - La media de al menos uno de los grupos difiere de forma significativa.

Es importante mencionar el p-valor (probabilidad) ya que este nos ayuda a comprobar si el resultado  es estadísticamente significativo y cuantificar la incertidumbre, considerando al ser p <0.05, el cual es el valor de significancia, nos indica que es poco probable que la hipótesis nula sea cierta y se respalda en este caso la hipótesis alternativa la cual dice hay una diferencia significativa  entre grupos. Este valor tiene una relación con la fiabilidad del experimento al indicarnos esa probabilidad de obtener un valor semejante a partir de mismas condiciones. Asimismo, es posible trabajar junto al análisis de varianza a partir de los diagramas de caja que resultan apropiados para representar variables que presenten una gran desviación de la distribución normal y resultan de ayuda cuando se dispone de datos en distintos grupos.

Ahora bien, esta prueba de Analisis de Varianza de ANOVA se aplicará mediante la herramienta tecnológica de Excel con el fin de hallar el valor de significancia en cuanto a la longitud de tallos de las plántulas de Lens culinarius en relación con el diferente tipo de pH de sustrato (ácido, neutro y alcalino).

A continuación, se pueden ver los resultados de los cálculos propios generados por la herramienta Excel en donde la suma de cuadrados expresa la variación total que se puede atribuir a diferentes factores. El valor correspondiente para P. es de 0.0000000004  es por esto por lo que se puede rechazar  la hipótesis nula dado que se evidencia si hubo una diferencia muy significativa entre los tres grupos de diferente tipo de pH en el sustrato y su efecto en el crecimiento de las plántulas Lens culinarius. Ahora bien, en cuanto al valor de F = 34.34 (aproximado), mientras que el valor critico de F es 3.19 (aproximado) se puede establecer si F es mayor al valor crítico, vamos a decir al menos uno de los promedios de estos grupos es estadísticamente distinto (Lira, 2021).

A partir de los resultados obtenidos en la prueba estadística de análisis de varianza de un factor (ANOVA) se retoma el valor significativo-p = 0.0000000004 que en este caso al ser p <0.05 se rechaza que la media de la variable es la misma en los diferentes grupos es decir la hipótesis nula (H₀. Simultáneamente, este valor de significancia obtenido es respaldado de acuerdo con Quantitative Specialists (2017) cuando se reporta un valor en p de varios ceros, es decir 0.000…., en realidad esta es una muy buena noticia significa que los resultados fueron altamente significativos y es muy poco probable haya solo por casualidad.

Observando el gráfico de cajas y bigotes del día 30, los valores del promedio de las  longitudes de tallo para cada grupo donde el grupo 2 - pH ácido del sustrato es de 62.16mm por lo cual valida la  hipótesis alternativa(H₁) en la que al menos un grupo difiere de forma significativa que muestra la variación entre en las longitudes de los tallos de las plántulas de lentejas en gran medida afectadas por el tipo de pH. Es por esto que se puede afirmar que los grupos de las plántulas que están entre (6.5-8.5) es decir con pH de sustrato neutro y alcalino tienden a crecer más en un tiempo determinado: 30 días..

A pesar de que las mediciones presentaron algún nivel de incertidumbre, no fue lo suficiente incidente en el experimento que represente una variación significativa en cuanto a los resultados esperados y que fueran erróneos. Sin embargo, los márgenes de error siempre inciden en los resultados que a su vez refleja el nivel de confianza en forma general del experimento y se ven expresos, por ejemplo, el calibrador del pie de rey posee un nivel de tolerancia de 0.05mm  que pudo afecta de manera muy mínima la toma de medidas, asimismo las plántulas para cada grupo se pudieron ver afectadas por la humedad y por la exposición a la luz solar teniendo en cuenta su ubicación.

Se concluye que existe una relación entre el tipo de pH presente en el sustrato y el crecimiento de las plántulas de Lens culinarius a partir de su longitud final del tallo, por lo tanto, se valida la hipótesis alternativa del experimento. Esto se refleja en los resultados que muestra como el Grupo 1. pH neutro en el sustrato y el Grupo 3. pH alcalino en el sustrato, las plántulas se vieron afectadas de manera positiva ya que tuvieron un mayor crecimiento evidente en los promedios de las longitudes finales de sus en comparación con el Grupo 2. pH ácido en el sustrato cuyo valor del  promedio de longitud final del tallo difiere muy significativamente de los otros grupos  comprobado al realizar la ANOVA También se pudo notar dentro del experimento y en función de los planteamientos teóricos que el pH ácido en el sustrato afecta negativamente e inhibe el crecimiento normal para las plántulas de la especie Lens culinarius. Como lo señala Domínguez, Rivera y Sánchez (2018) la acidificación de los suelos reduce el crecimiento de las plantas, por la disminución de la disponibilidad de algunos nutrimientos como calcio, magnesio, potasio y fosforo lo que favorece la solubilidad de elementos tóxicos en el suelo, perjudicando las plantas, estos elementos pueden ser como el aluminio y manganeso. Del mismo modo, como se mencionó anteriormente en el experimento el grupo donde las plántulas tuvieron mayor crecimiento con respecto a su longitud final del tallo fue el de pH neutro dado que los nutrientes en mayor cantidad están presentes y las de menor cantidad también, por lo que las hojas de las plantas tendrán la pigmentación adecuada, la absorción de nutrientes correcta (Domínguez et al., 2018).

Aunque el experimento permite dar respuesta a la pregunta de investigación, existen algunos errores que son inherentes a la investigación científica los cuales son necesarios identificar y mencionar. El factor tiempo fue muy determinante dado que se comenzó tarde la siembra de las semillas de lentejas con respecto a lo programado lo cual atrasó su recolección de datos teniendo en cuenta se trataba de un lapso de 4 semanas (30 días), el número de semillas (muestra) fue adecuado para el diseño experimental para darle una mayor validez a los resultados que se obtuvieron. Otro elemento para señalar es el uso del instrumento de medición elegido y su precisión donde puede existir un error de carácter experimental ya que al medir a partir de la profundidad de la tierra y la altura de la longitud de tallo para cada plántula no fue tomada en cuenta con tanta exactitud para ningún montaje lo que provoca cierta incertidumbre.

Aquae Fundación. (S.f). La lenteja mágica crece ante algodones. Aquae. España. https://cutt.ly/9X2p1G0

Casado, I. L. (2015). Crecimiento de las plantas en diferentes condiciones. Colegio La Anunciata. https://cutt.ly/MX2pbjn

Domínguez, H. Rivera, E. Sánchez, M. pH como factor de crecimiento en plantas. Universidad tecnológica de panamá. https://cutt.ly/aBbUp08

Food-Info. (2021). ¿Cuál es el pH de los alimentos?. Food-Info. Países Bajos. https://cutt.ly/wX2ajLy

Hells, C. (2018). Importancia del pH para los cultivos. Hanna Instruments. Colombia. https://cutt.ly/HX2pO4q

Lira, F. (2021). Tabla ANOVA en Excel: cómo crearla e interpretarla. Ninja Excel. https://cutt.ly/oBbUSoC

Mendoza, J. (2021). Tabla ANOVA: ¿Qué es y para qué se utiliza?. Estadísticamente. https://cutt.ly/jX2suzK

Molina, M. (2015). Una caja con bigotes. El gráfico de caja. Anestesiar. https://cutt.ly/dBvi6TJ

Quantitative Specialists. (2017, 23 enero). P-Value= .000?? What do when p-value is reported. [video]. YouTube. https://cutt.ly/pBvIEnO

Salazar, S. (2021). Usos del Calibre o Pie de Rey. SebastianSalazar. https://cutt.ly/ZBvih9L

Superprof. (s.f). Qué significa cuartiles en Matemáticas. Superprof diccionario. https://cutt.ly/BBvpdlg